Questões de Física - FUVEST 2002 | Gabarito e resoluções

(FUVEST - 2002 - 1a fase) Satlites utilizados para telecomunicaes so colocados em rbitas geoestacionrias ao redor da Terra, ou seja, de tal forma que permaneam sempre acima de um mesmo ponto da superfcie da Terra. Considere algumas condies que poderiam corresponder a esses satlites: I. ter o mesmo perodo, de cerca de 24 horas II. ter aproximadamente a mesma massa III. estar aproximadamente mesma altitude IV. manter-se num plano que contenha o crculo do equador terrestre O conjunto de todas as condies, que satlites em rbita geoestacionria devem necessariamente obedecer, corresponde a

(FUVEST - 2002 - 1a fase) Em um processo industrial, duas esferas de cobre macias, A e B, com raiosRA=16 cm e RB= 8 cm, inicialmente temperatura de 20 oC, permaneceram em um forno muitoquente durante perodos diferentes. Constatou-se que a esfera A, ao ser retirada, haviaatingido a temperatura de 100oC. Tendo ambas recebido a mesma quantidade de calor, aesfera B, ao ser retirada do forno, tinha temperatura aproximada de

(FUVEST - 2002 - 1a fase) Usando todo o calor produzido pela combusto direta de gasolina, possvel, com 1,0 litro de tal produto, aquecer 200 litros de gua de 10 C a 45 C. Esse mesmo aquecimento pode ser obtido por um gerador de eletricidade, que consome 1,0 litro de gasolina por hora e fornece 110 V a um resistor de 11 , imerso na gua, durante um certo intervalo de tempo. Todo o calor liberado pelo resistor transferido gua. Nessas condies, o aquecimento da guaobtido atravs do gerador, quando comparado ao obtido diretamente a partir da combusto, consome uma quantidade de gasolina, aproximadamente: Dados: densidade da gua = 1,0 kg/; calor especfico da gua = 1,0 cal/goC; 1 cal = 4 J

(FUVEST - 2002 - 1a fase) Um equipamento possui um sistema formado por um pisto, com massa de10 kg, que se movimenta, sem atrito, em um cilindro de seco transversal .Operando em uma regio onde a presso atmosfrica de 10,0104Pa (1 Pa = 1 N/m2), o araprisionado no interior do cilindro mantm o pisto a uma altura H = 18 cm. Quando esse sistema levado a operar em uma regio onde a presso atmosfrica de8,0104Pa, mantendo-se a mesma temperatura, a nova altura H no interior do cilindro passa aser aproximadamente de

(FUVEST - 2002 - 1a fase) Em 1987, devido a falhas nos procedimentos de segurana, ocorreu um grave acidente em Goinia.Uma cpsula de Csio-137, que radioativo e tem meiavida de 30 anos, foi subtrada e violada, contaminando pessoas e o ambiente. Certa amostra de solo contaminado, colhida e analisada na poca do acidente, foi recentemente reanalisada. A razo R, entre a quantidade de Csio-137, presente hoje (ano 2002) nessa amostra, e a que existia originalmente, em 1987, :

(FUVEST - 2002 - 2 FASE) Um astrnomo, ao estudar uma estrela dupla E1-E2, observou que ambas executavam um movimento em torno de um mesmo ponto P, como se estivessem ligadas por uma barra imaginria. Ele mediu a distncia Dentre elas e o perodo T de rotao das estrelas, obtendo T = 12 dias. Observou, ainda, que o raio R1, da trajetria circular de E1, era trs vezes menor do que o raio R2, da trajetria circular de E2. Observando essas trajetrias, ele concluiu que as massas das estrelas eram tais que M1 = 3 M2. Alm disso, sups que E1 e E2 estivessem sujeitas apenas fora gravitacional entre elas. A partir das medidas e das consideraes do astrnomo: a) Indique as posies em que E1 e E2 estariam, quinze dias aps uma observao em que as estrelas foram vistas, como est representado no esquema da folha de respostas. Marque e identifique claramente as novas posies de E1 e E2 no esquema da folha de respostas. b) Determine a razo entre os mdulos das velocidades lineares das estrelas E2 e E1. c) Escreva a expresso da massa M1 da estrela E1, em funo de T, D e da constante universal da gravitao G.

(FUVEST - 2002 - 2 FASE) Um pequeno holofote H, que pode ser considerado como fonte pontual P de luz, projeta, sobre um muro vertical, uma regio iluminada, circular, definida pelos raios extremos A1 e A2. Desejando obter um efeito especial, uma lente convergente foi introduzida entre o holofote e o muro. No esquema, apresentado na folha de resposta, esto indicadas as posies da fonte P, da lente e de seus focos f. Esto tambm representados, em tracejado, os raios A1 e A2, que definem verticalmente a regio iluminada antes da introduo da lente. Para analisar o efeito causado pela lente, represente, no esquema da folha de resposta: a) O novo percurso dos raios extremos A1 e A2, identificando-os, respectivamente, por B1 e B2. (Faa, a lpis, as construes necessrias e, com caneta, o percurso solicitado). b) O novo tamanho e formato da regio iluminada, na representao vista de frente, assinalando as posies de incidncia de B1 e B2.

(FUVEST - 2002 - 2 FASE) Um cilindro, com comprimento de 1,5 m, cuja base inferior constituda por um bom condutor de calor, permanece semi-imerso em um grande tanque industrial, ao nvel do mar, podendo ser utilizado como termmetro. Para isso, dentro do cilindro, h um pisto, de massa desprezvel e isolante trmico, que pode mover-se sem atrito. Inicialmente, com o ar e o lquido do tanque temperatura ambiente de 27C, o cilindro est aberto e o pisto encontra-se na posio indicada na figura 1. O cilindro , ento, fechado e, a seguir, o lquido do tanque aquecido, fazendo com que o pisto atinja uma nova posio, indicada na figura 2. Supondo que a temperatura da cmara superior Apermanea sempre igual a 27 C, determine: a) A presso final P1, em Pa, na cmara superior A. b) A temperatura final Tf do lquido no tanque, em C ou em K.

(FUVEST - 2002 - 2 FASE) Uma caixa dgua C, com capacidade de 100 litros, alimentada, atravs do registro R1, com gua fria a 15C, tendo uma vazo regulada para manter sempre constante o nvel de gua na caixa. Uma bomba Bretira 3 L/min de gua da caixa e os faz passar por um aquecedor eltrico A (inicialmente desligado). Ao ligar-se o aquecedor, a gua fornecida, razo de 2 L/min, atravs do registro R2 para uso externo, enquanto o restante da gua aquecida retorna caixa para no desperdiar energia. No momento em que o aquecedor, que fornece uma potncia constante, comea a funcionar, a gua, que entra nele a 15C, sai a 25C. A partir desse momento, a temperatura da gua na caixa passa ento a aumentar, estabilizando-se depois de algumas horas. Desprezando perdas trmicas, determine, aps o sistema passar a ter temperaturas estveis na caixa e na sada para o usurio externo: a) A quantidade de calorQ, em J, fornecida a cada minuto pelo aquecedor. b) A temperatura final T2, em C, da gua que sai pelo registro R2 para uso externo. c) A temperatura finalT2, em C, da gua na caixa.

(FUVEST - 2002 - 2 FASE) Os grficos, apresentados ao lado, caracterizam a potncia P, em watt, e a luminosidade L, em lmen, em funo da tenso, para uma lmpada incandescente. Para iluminar um salo, um especialista programou utilizar 80 dessas lmpadas, supondo que a tenso disponvel no local seria de 127 V. Entretanto, ao iniciar-se a instalao, verificou-se que a tenso no local era de 110 V. Foi necessrio, portanto, um novo projeto, de forma a manter a mesma luminosidade no salo, com lmpadas desse mesmo tipo. Para esse novo projeto, determine: a) O nmero N de lmpadas a serem utilizadas. b) A potncia adicional PA, em watts, a ser consumida pelo novo conjunto de lmpadas, em relao que seria consumida no projeto inicial.

(FUVEST - 2002 - 2 FASE) Um selecionador eletrosttico de clulas biolgicas produz, a partir da extremidade de um funil, um jato de gotas com velocidade V0yconstante. As gotas, contendo as clulas que se quer separar, so eletrizadas. As clulas selecionadas, do tipo K, em gotas de massa Me eletrizadas com carga -Q, so desviadas por um campo eltrico uniforme E, criado por duas placas paralelas carregadas, de comprimento L0. Essas clulas so recolhidas no recipiente colocado em PK, como na figura. Para as gotas contendo clulas do tipo K, utilizando em suas respostas apenas Q, M, E, Lo, H e V0ydetermine: a) A acelerao horizontal Axdessas gotas, quando elas esto entre as placas. b) A componente horizontal Vxda velocidade com que essas gotas saem, no ponto A, da regio entre as placas. c) A distncia DK, indicada no esquema, que caracteriza a posio em que essas gotas devem ser recolhidas. (Nas condies dadas, os efeitos gravitacionais podem ser desprezados).

(FUVEST - 2002 - 2 FASE) As caractersticas de uma pilha, do tipo PX, esto apresentadas no quadro ao lado, tal como fornecidas pelo fabricante. Trs dessas pilhas foram colocadas para operar, em srie, em uma lanterna que possui uma lmpadaL, com resistncia constante RL = 3,0 Ω. Por engano, uma das pilhas foi colocada invertida, como representado abaixo: Determine: a) A corrente I em ampres, que passa pela lmpada, com a pilha 2 invertida, como na figura. b) A potncia P, em watts, dissipada pela lmpada, com a pilha 2 invertida, como na figura. c) A razo F = P/P0entre a potncia Pdissipada pela lmpada, com a pilha 2 invertida, e a potncia P0 que seria dissipada, se todas as pilhas estivessem posicionadas corretamente.

(FUVEST - 2002 - 2 FASE) Um espectrmetro de massa foi utilizado para separar os ons e , de mesma carga eltrica e massas diferentes, a partir do movimento desses ons em um campo magntico de intensidade B, constante e uniforme. Os ons partem de uma fonte, com velocidade inicial nula, so acelerados por uma diferena de potencial V0 e penetram, pelo ponto P, em uma cmara, no vcuo, onde atua apenas o campo B (perpendicular ao plano do papel), como na figura. Dentro da cmara, os ons so detectados no ponto P1, a uma distncia D1 = 20 cm do ponto P, como indicado na figura. Sendo a razo entre as massas dos ons e , igual a 1,44, determine: a) A razo entre as velocidades com que os ons e penetram na cmara, no ponto A. b) A distncia D2, entre o ponto P e o ponto P2, onde os ons so detectados. (Nas condies dadas, os efeitos gravitacionais podem ser desprezados).

(FUVEST - 2002 - 2 FASE) Em um jogo, um pequeno bloco A, de massa M, lanado com velocidade V0 = 6,0 m/s sobre a superfcie de uma mesa horizontal, sendo o atrito desprezvel. Ele atinge, no instante t0 = 0, o bloco B, de massa , que estava parado sobre a borda da mesma mesa, ambos indo ao cho. Devido ao choque, o bloco B, decorridos 0,40 s, atinge um ponto, no cho, a uma distncia DB = 2,0 m, ao longo da direo horizontal, a partir da extremidade da mesa. Supondo que nesse choque no tenha havido conservao de energia cintica e que os blocos tenham iniciado a queda no mesmo instante: a) Determine a distncia horizontal DA, em metros, ao longo da direo horizontal, entre a posio em que o bloco A atinge o cho e a extremidade da mesa. b) Represente, no sistema de eixos da folha de resposta, a velocidade vertical VVde cada um dos blocos, em funo do tempo, aps o choque, identificando por A e B cada uma das curvas.

(FUVEST - 2002 - 2 FASE) Um jovem sobe correndo, com velocidade constante, do primeiro ao segundo andar de um shopping, por uma larga escada rolante de descida, ou seja, sobe na contramo. No instante em que ele comea a subir, uma senhora, que est no segundo andar, toma a mesma escada para descer normalmente, mantendo-se sempre no mesmo degrau. Ambos permanecem sobre essa escada durante 30 s, at que a senhora, de massa Ms = 60 kg, desa no primeiro andar e o rapaz, de massa Mj = 80 kg, chegue ao segundo andar, situado 7,0 m acima do primeiro. Supondo desprezveis as perdas por atrito, determine: a) A potncia P, em watts, que a senhora cede ao sistema da escada rolante, enquanto permanece na escada. b) O nmero N de degraus que o jovem de fato subiu para ir do 1o ao 2o andar, considerando que cada degrau mede 20 cm de altura. c) O trabalho T, em joules, realizado pelo jovem, para ir do 1o ao 2o andar, na situao descrita.