Questões de Física - FUVEST 2011 | Gabarito e resoluções

(Fuvest 2011 - 2 fase) Um forno solar simples foi construdo com uma caixa de isopor, forrada internamente com papel alumnio e fechada com uma tampa de vidro de 40 cm 50 cm. Dentro desse forno, foi colocada uma pequena panela contendo 1 xcara de arroz e 300 ml de gua temperatura ambiente de 25 C. Suponha que os raios solares incidam perpendicularmente tampa de vidro e que toda a energia incidente na tampa do forno a atravesse e seja absorvida pela gua. Para essas condies, calcule: a) A potncia solar total P absorvida pela gua. b) A energia E necessria para aquecer o contedo da panela at 100 C. c) O tempo total T necessrio para aquecer o contedo da panela at 100 C e evaporar 1/3 da gua nessa temperatura (cozer o arroz). NOTE E ADOTE Potncia solar incidente na superfcie da Terra: 1 kW/m2 Densidade da gua: 1g/cm3 Calor especfico da gua: 4 J/(g C) Calor latente de evaporao da gua: 2200 J/g Desconsidere as capacidades calorficas do arroz e da panela.

(Fuvest 2011 - 2 fase) Num espetculo de circo, um homem deita-se no cho do picadeiro e sobre seu peito colocada uma tbua, de 30 cm 30 cm, na qual foram cravados 400 pregos, de mesmo tamanho, que atravessam a tbua. No clmax do espetculo, um saco com 20 kg de areia solto, a partir do repouso, de 5 m de altura em relao tbua, e cai sobre ela. Suponha que as pontas de todos os pregos estejam igualmente em contato com o peito do homem. Determine: a) A velocidade do saco de areia ao tocar a tbua de pregos. b) A fora mdia total aplicada no peito do homem se o saco de areia parar 0,05 s aps seu contato com a tbua. c) A presso, em N/cm2 , exercida no peito do homem por cada prego, cuja ponta tem 4 mm2 de rea. NOTE E ADOTE Acelerao da gravidade no local: g = 10 m/s2 Despreze o peso da tbua com os pregos. No tente reproduzir esse nmero de circo!

(Fuvest 2011 - 2 fase) Trens de alta velocidade, chamados trens-bala, devero estar em funcionamento no Brasil nos prximos anos. Caractersticas tpicas desses trens so: velocidade mxima de 300 km/h, massa total (incluindo 500 passageiros) de 500 t e potncia mxima dos motores eltricos igual a 8 MW. Nesses trens, as mquinas eltricas que atuam como motores tambm podem ser usadas como geradores, freando o movimento (freios regenerativos). Nas ferrovias, as curvas tm raio de curvatura de, no mnimo, 5 km. Considerando um trem e uma ferrovia com essas caractersticas, determine: a) O tempo necessrio para o trem atingir a velocidade de 288 km/h, a partir do repouso, supondo que os motores forneam a potncia mxima o tempo todo. b) A fora mxima na direo horizontal, entre cada roda e o trilho, numa curva horizontal percorrida a 288 km/h, supondo que o trem tenha 80 rodas e que as foras entre cada uma delas e o trilho tenham a mesma intensidade. c) A acelerao do trem quando, na velocidade de 288 km/h, as mquinas eltricas so acionadas como geradores de 8 MW de potncia, freando o movimento. NOTE E ADOTE 1 t = 1000 kg Desconsidere o fato de que, ao partir, os motores demoram alguns segundos para atingir sua potncia mxima.

(Fuvest 2011 - 2 fase) A converso de energia solar em energia eltrica pode ser feita com a utilizao de painis constitudos por clulas fotovoltaicas que, quando expostas radiao solar, geram uma diferena de potencial U entre suas faces. Para caracterizar uma dessas clulas (C) de 20 cm2 de rea, sobre a qual incide 1 kW/m2 de radiao solar, foi realizada a medida da diferena de potencial U e da corrente I, variando-se o valor da resistncia R, conforme o circuito esquematizado na figura abaixo. Os resultados obtidos esto apresentados na tabela. U (volt) l(ampre) 0,10 1,0 0,20 1,0 0,30 1,0 0,40 0,98 0,50 0,90 0,52 0,80 0,54 0,75 0,56 0,62 0,58 0,40 0,60 0,00 a) Faa o grfico da curva I U na figura impressa na folha de respostas (imagem abaixo). b) Determine o valor da potncia mxima Pm que essa clula fornece e o valor da resistncia R nessa condio. c) Determine a eficincia da clula C para U = 0,3 V. NOTE E ADOTE Eficincia =

(Fuvest 2011 - 2 fase) Um jovem pesca em uma lagoa de gua transparente, utilizando, para isto, uma lana. Ao enxergar um peixe, ele atira sua lana na direo em que o observa. O jovem est fora da gua e o peixe est 1 m abaixo da superfcie. A lana atinge a gua a uma distncia x = 90 cm da direo vertical em que o peixe se encontra, como ilustra a figura abaixo. Para essas condies, determine: a) O ngulo ,de incidncia na superfcie da gua, da luz refletida pelo peixe. b) O ngulo que a lana faz com a superfcie da gua. c) A distncia y, da superfcie da gua, em que o jovem enxerga o peixe.

(Fuvest 2011 - 2 fase) Para manter-se equilibrado em um tronco de rvore vertical, um pica-pau agarra-se pelos ps, puxando-se contra o tronco, e apoia sobre ele sua cauda, constituda de penas muito rgidas, conforme figura ao lado. No esquema impresso na folha de respostas esto indicadas as direes das foras nos ps (T) e na cauda (C) do pica-pau que passam pelo seu centro de massa (CM) e a distncia da extremidade da cauda ao CM do pica-pau, que tem 1 N de peso (P). a) Calcule os momentos da foras P e C em relao ao ponto O indicado no esquema impresso na folha de respostas (imagem abaixo). b) Escreva a expresso para o momento da fora T em relao ao ponto O e determine o mdulo dessa fora. c) Determine o mdulo da fora C na cauda do pica-pau. (esquema da folha de respostas)

(FUVEST - 2011) Um gavio avista, abaixo dele, um melro e, para apanh-lo, passa a voarverticalmente, conseguindo agarr-lo. Imediatamente antes do instante em que o gavio, demassa MG = 300 g, agarra o melro, de massa MM = 100 g, as velocidades do gavio e do melroso, respectivamente, VG = 80 km/h na direo vertical, para baixo, e VM = 24 km/h na direohorizontal, para a direita, como ilustra a figura acima. Imediatamente aps a caa, o vetorvelocidade u do gavio, que voa segurando o melro, forma um ngulo com o plano horizontaltal que tg aproximadamente igual a:

(FUVEST - 2011) Em um ponto fixo do espao, o campo eltrico de uma radiao eletromagntica tem sempre a mesma direo e oscila no tempo, como mostra o grfico abaixo, que representa sua projeo E nessa direo fixa; E positivo ou negativo conforme o sentido do campo. Consultando a tabela acima, que fornece os valores tpicos de frequncia f para diferentes regies do espectro eletromagntico, e analisando o grfico de E em funo do tempo, possvel classificar essa radiao como

(FUVEST - 2011) Um objeto decorativo consiste de um bloco de vidro transparente, de ndice de refrao igual a 1,4, com a forma de um paraleleppedo, que tem, em seu interior, uma bolha, aproximadamente esfrica, preenchida com um lquido, tambm transparente, de ndice de refrao n. A figura ao lado mostra um perfil do objeto. Nessas condies, quando a luz visvel incide perpendicularmente em uma das faces do bloco e atravessa a bolha, o objeto se comporta, aproximadamente, como

(FUVEST - 2011) Um laboratrio qumico descartou um frasco de ter, sem perceber que, em seu interior, havia ainda um resduo de 7,4 g de ter, parte no estado lquido, parte no estado gasoso. Esse frasco, de 0,8 L de volume, fechado hermeticamente, foi deixado sob o sol e, aps um certo tempo, atingiu a temperatura de equilbrio T = 37 C, valor acima da temperatura de ebulio do ter. Se todo o ter no estado lquido tivesse evaporado, a presso dentro do frasco seria NOTE E ADOTE No interior do frasco descartado havia apenas ter. Massa molar do ter = 74 g K = C + 273 R (constante universal dos gases) = 0,08 atm L / (mol K)

(FUVEST - 2011) O filamento de uma lmpada incandescente, submetido a uma tenso U, percorrido por uma corrente de intensidade i. O grfico abaixo mostra a relao entre i e U. As seguintes afirmaes se referem a essa lmpada. I. A resistncia do filamento a mesma para qualquer valor da tenso aplicada. II. A resistncia do filamento diminui com o aumento da corrente. III. A potncia dissipada no filamento aumenta com o aumento da tenso aplicada. Dentre essas afirmaes, somente

(FUVEST - 2011- 2 fase) Os modelos permitem-nos fazer previses sobre situaes reais, sendo, em geral, simplificaes, vlidas em certas condies, de questes complexas. Por exemplo, num jogo de futebol, a trajetria da bola, aps o chute, e o dbito cardaco dos jogadores podem ser descritos por modelos. Trajetria da bola: quando se despreza a resistncia do ar, a trajetria da bola chutada, sob a ao da gravidade (g=10 m/s2), dada porem que v0a velocidade escalar inicial (em m/s), o ngulo de elevao (em radianos) e h a altura (em m) da bola a uma distncia d (em m), do local do chute, conforme figura abaixo. Dbito cardaco (DC): est relacionado ao volume sistlico VS (volume de sangue bombeado a cada batimento) e frequncia cardaca FC pela frmula DC = VS x FC. Utilize esses modelos para responder s seguintes questes: a) Durante uma partida, um jogador de futebol quer fazer um passe para um companheiro a 32 m de distncia. Seu chute produz uma velocidade inicial na bola de 72 km/h. Calcule os valores denecessrios para que o passe caia exatamente nos ps do companheiro. b) Dois jogadores, A e B, correndo moderadamente pelo campo, tm frequncia cardaca de 120 batimentos por minuto. O jogador A tem o volume sistlico igual a 4/5 do volume sistlico do jogador B. Os dois passam a correr mais rapidamente. A frequncia cardaca do jogador B eleva-se para 150 batimentos por minuto. Para quanto subir a frequncia cardaca do jogador A se a variao no dbito cardaco (DCfinal-DCinicial)de ambos for a mesma?

(FUVEST - 2011) Usando um sistema formado por uma corda e uma roldana, um homemlevanta uma caixa de massa m, aplicando na corda uma fora F que forma um ngulo com adireo vertical, como mostra a figura. O trabalho realizado pela resultante das foras queatuam na caixa- peso e fora da corda -, quando o centro de massa da caixa elevado, com velocidadeconstante v, desde a altura ya at a altura yb, :

(FUVEST - 2011) O olho o senhor da astronomia, autor da cosmografia, conselheiro ecorretor de todas as artes humanas (...). o prncipe das matemticas; suas disciplinas sointimamente certas; determinou as altitudes e dimenses das estrelas; descobriu os elementos e seus nveis; permitiu o anncio de acontecimentos futuros, graas ao curso dos astros; engendrou a arquitetura, a perspectiva, a divina pintura (...). O engenho humano lhe deve a descoberta do fogo, que oferece ao olhar o que as trevas haviam roubado. Leonardo da Vinci, Tratado da pintura. Considere as afirmaes abaixo: I. O excerto de Leonardo da Vinci um exemplo do humanismo renascentista que valoriza o racionalismo como instrumento de investigao dos fenmenos naturais e a aplicao da perspectiva em suas representaes pictricas. II. Num olho humano com viso perfeita, o cristalino focaliza exatamente sobre a retina um feixe de luz vindo de um objeto. Quando o cristalino est em sua forma mais alongada, possvel focalizar o feixe de luz vindo de um objeto distante. Quando o cristalino encontra-se em sua forma mais arredondada, possvel a focalizao de objetos cada vez mais prximos do olho, at uma distncia mnima. III. Um dos problemas de viso humana a miopia. No olho mope, a imagem de um objeto distante forma-se depois da retina. Para corrigir tal defeito, utiliza-se uma lente divergente. Est correto o que se afirma em

(FUVEST - 2011)A lei de conservao da carga eltrica pode ser enunciada como segue: