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Questões de Física - UNICAMP 2016

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Questão 7
2016Física

Recentemente, a sonda New Horizons tornou-se a primeira espaçonave a sobrevoar Plutão, proporcionando imagens espetaculares desse astro distante. a) A sonda saiu da Terra em janeiro de 2006 e chegou a Plutão em julho de 2015. Considere que a sonda percorreu uma distância de 4,5 bilhões de quilômetros nesse percurso e que 1 ano é aproximadamente 3x107 s. Calcule a velocidade escalar média da sonda nesse percurso. b)A sonda New Horizons foi lançada da Terra pelo veículo espacial Atlas V 511, a partir do Cabo Canaveral. O veículo, com massa total 𝑚 = 6 105kg, foi o objeto mais rápido a ser lançado da Terra para o espaço até o momento. O trabalho realizado pela força resultante para levá-lo do repouso à sua velocidade máxima foi de 𝜏 = 768 1011J. Considerando que a massa total do veículo não variou durante o lançamento, calcule sua velocidade máxima.

Questão 8
2016Física

Plutão é considerado um planeta anão, com massa Mp = 1 1022 kg,bem menor que a massa da Terra. O módulo da força gravitacional entre duas massas 𝑚1 e 𝑚2 é dado por, em que r é a distânciaentre as massas e 𝐺 é a constante gravitacional. Em situações que envolvem distâncias astronômicas, a unidade de comprimento comumente utilizada é a Unidade Astronômica (UA). a) Considere que, durante a sua aproximação a Plutão, a sonda se encontra em uma posição que está𝑑𝑃 = 0,15 UAdistante do centro de Plutão e 𝑑𝑇 = 30 UA distante do centro da Terra.Calcule a razãoentre o módulo da força gravitacional com que a Terra atrai a sonda e o módulo da força gravitacional com que Plutão atrai a sonda. Caso necessário, use a massa da Terra 𝑀𝑇 = 6 1024 kg. b) Suponha que a sonda New Horizons estabeleça uma órbita circular com velocidade escalar orbital constante em torno de Plutão com um raio de 𝑟𝑃 = 1 104 UA. Obtenha o módulo da velocidade orbital nesse caso. Se necessário, use a constante gravitacional 𝐺 = 6 1011 N.m2 /kg2 . Caso necessário, use 1 UA (Unidade astronômica) = 1,5 108 km.

Questão 9
2016Física

Os reguladores de pressão são acessórios de segurança fundamentais para reduzir a pressão de gases no interior dos cilindros até que se atinja sua pressão de utilização. Cada tipo de gás possui um regulador específico. a) Tipicamente, gases podem ser armazenados em cilindros a uma pressão interna de P0 = 2,0107 Pae ser utilizados com uma pressão de saída do regulador de 𝑃1 = 1,6 107 Pa. Considere um gás ideal mantido em recipiente fechado a uma temperatura inicial de 𝑇0 = 300 K. Calcule a temperatura final 𝑇1 do gás se ele for submetido isovolumetricamente à variação de pressão dada acima. b) Quando os gases saem dos reguladores para o circuito de utilização, é comum que o fluxo do gás (definido como sendo o volume do gás que atravessa a tubulação por unidade de tempo) seja monitorado através de um instrumento denominado fluxômetro. Considere um tanque cilíndrico com a área da base igual a 𝐴 = 2,0 m 2 que se encontra inicialmente vazio e que será preenchido com gás nitrogênio. Durante o preenchimento, o fluxo de gás que entra no tanque é medido pela posição da esfera sólida preta do fluxômetro, como ilustra a figura abaixo. A escala do fluxômetro é dada em litros/minuto. A medida do fluxo de nitrogênio e sua densidade 𝑑 = 1,0 kg/m3 permaneceram constantes durante todo o processo de preenchimento, que durou um intervalo de tempo ∆𝑡 = 12 h. Após este intervalo de tempo, a válvula do tanque é fechada com certa quantidade de gás nitrogênio em repouso no seu interior. Calcule a pressão exercida pelo gás na base do tanque. Caso necessário, use 𝑔 = 10 m/s2 .

Questão 10
2016Física

O Parque Güell em Barcelona é um dos mais impressionantes parques públicos do mundo e representa uma das obras mais marcantes do arquiteto Antoni Gaudí. Em sua obra, Gaudí utilizou um número imenso de azulejos coloridos. a) Considere que, no Parque Güell, existe um número 𝑁 = 2 106 de azulejos cujas faces estão perfeitamente perpendiculares à direção da radiação solar quando o sol está a pino na cidade de Barcelona. Nessa situação, a intensidade da radiação solar no local é 𝐼 = 1200 W/m2 . Estime a área de um azulejo tipicamente presente em casas e, a partir da área total dos 𝑁 azulejos, calcule a energia solar que incide sobre esses azulejos durante um tempo 𝑡 = 60 s. b) Uma das esculturas mais emblemáticas do parque Güell tem a forma de um réptil multicolorido conhecido como El Drac, que se converteu em um dos símbolos da cidade de Barcelona. Considere que a escultura absorva, em um dia ensolarado, uma quantidade de calor 𝑄 = 3500 kJ. Considerando que a massa da escultura é 𝑚 = 500 kg e seu calor específico é 𝑐 = 700 J/(kg.K), calcule a variação de temperatura sofrida pela escultura, desprezando as perdas de calor para o ambiente.

Questão 11
2016Física

Um estudo publicado em 2014 na renomada revista científica Physical Review Letters (http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.175502) descreve como a antiga civilização egípcia reduzia o atrito entre a areia e os trenós que levavam pedras de até algumas toneladas para o local de construção das pirâmides. O artigo demonstrou que a areia na frente do trenó era molhada com a quantidade certa de água para que ficasse mais rígida, diminuindo a força necessária para puxar o trenó. Caso necessário, use 𝑔 = 10 m/s2 para resolver as questões abaixo. a) Considere que, no experimento realizado pelo estudo citado acima, um bloco de massa 𝑚 = 2 kg foi colocado sobre uma superfície de areia úmida e puxado por uma mola de massa desprezível e constante elástica 𝑘 = 840 N/m, com velocidade constante, como indica a figura ao lado. Se a mola em repouso tinha comprimento 𝑙𝑟𝑒𝑝𝑜𝑢𝑠𝑜 = 0,10 m, qual é o coeficiente de atrito dinâmico entre o bloco e a areia? b) Neste experimento, o menor valor de coeficiente de atrito entre a areia e o trenó é obtido com a quantidade de água que torna a areia rígida ao cisalhamento. Esta rigidez pode ser caracterizada pelo seu módulo de cisalhamento, dado por 𝐺 = 𝐹𝑙𝐴∆𝑥, em que 𝐹 é o módulo da força aplicada tangencialmente a uma superfície de área 𝐴 de um material de espessura 𝑙, e que a deforma por uma distância ∆𝑥, como indica a figura ao lado. Considere que a figura representa o experimento realizado para medir 𝐺 da areia e também o coeficiente de atrito dinâmico entre a areia e o bloco, ambos em função da quantidade de água na areia. O resultado do experimento é mostrado no gráfico apresentado no espaço de resolução abaixo. Com base no experimento descrito, qual é o valor da razão 𝑙∆𝑥 da medida que resultou no menor coeficiente de atrito dinâmico?

Questão 12
2016Física

Sabe-se atualmente que os prótons e nêutrons não são partículas elementares, mas sim partículas formadas por três quarks. Uma das propriedades importantes do quark é o sabor, que pode assumir seis tipos diferentes: top, bottom, charm, strange, up e down. Apenas os quarks up e down estão presentes nos prótons e nos nêutrons. Os quarks possuem carga elétrica fracionária. Por exemplo, o quark up tem carga elétrica igual a qup = + 2 / 3ee o quark down qdown= 1/3e ,ondeeé o módulo da carga elementar do elétron. a) Quais são os três quarks que formam os prótons e os nêutrons? b)Calcule o módulo da força de atração eletrostática entre um quark up e um quark down separados por uma distância d = 0,21015 m. Caso necessário, use K = 9109 Nm2/C2 e e = 1,61019 C.

Questão
2016Física

(UNICAMP - 2016) Um isolamento térmico eficiente é um constante desafio a ser superado para que o homem possa viver em condições extremas de temperatura. Para isso, o entendimento completo dos mecanismos de troca de calor é imprescindível. Em cada uma das situações descritas a seguir, você deve reconhecer o processo de troca de calor envolvido. I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas, para facilitar fluxo de energia térmica até o congelador por [...] II. O único processo de troca de calor que pode ocorrer no vácuo é por [...]. III. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por [....]. Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para preencher as lacunas corretamente são:

Questão
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(UNICAMP - 2016) Músculos artificiais feitos de nanotubos de carbono embebidos em cera de parafina podem suportar até duzentas vezes mais peso que um músculo natural do mesmo tamanho. Considere uma fibra de músculo artificial de 1 mm de comprimento, suspensa verticalmente por uma de suas extremidades e com uma massa de 50 gramas pendurada, em repouso, em sua outra extremidade. O trabalho realizado pela fibra sobre a massa, ao se contrair 10%, erguendo a massa até uma nova posição de repouso, é

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(UNICAMP - 2016) Tempestades solares são causadas por um fluxo intenso de partículas de altas energias ejetadas pelo Sol durante erupções solares. Esses jatos de partículas podem transportar bilhões de toneladas de gás eletrizado em altas velocidades, que podem trazer riscos de danos aos satélites em torno da Terra. Considere que, em uma erupção solar em particular, um conjunto de partículas de massa total mp = 5 kg, deslocando-se com velocidade de módulo m/s, choca-se com um satélite de massa Ms = 95 kg que se desloca com velocidade de módulo igual a m/s na mesma direção e em sentido contrário ao das partículas. Se a massa de partículas adere ao satélite após a colisão, o módulo da velocidade final do conjunto será de:

Questão
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(UNICAMP - 2016) Muitos dispositivos de aquecimento usados em nosso cotidiano usam resistores elétricos como fonte de calor. Um exemplo é o chuveiro elétrico, em que é possível escolher entre diferentes opções de potência usadas no aquecimento da água, por exemplo, morno (M), quente (Q) e muito quente (MQ). Considere um chuveiro que usa a associação de três resistores, iguais entre si, para oferecer essas três opções de temperatura. A escolha é feita por uma chave que liga a rede elétrica entre o ponto indicado pela letra N e um outro ponto indicado por M, Q ou MQ, de acordo com a opção de temperatura desejada. O esquema que representa corretamente o circuito equivalente do chuveiro é

Questão
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(Unicamp 2016) O Teatro de Luz Negra, típico da República Tcheca, é um tipo de representação cênica caracterizada pelo uso do cenário escuro com uma iluminação estratégica dos objetos exibidos. No entanto, o termo Luz Negra é fisicamente incoerente, pois a coloração negra é justamente a ausência de luz. A luz branca é a composição de luz com vários comprimentos de onda e a cor de um corpo é dada pelo comprimento de onda da luz que ele predominantemente reflete. Assim, um quadro que apresente as cores azul e branca quando iluminado pela luz solar, ao ser iluminado por uma luz monocromática de comprimento de onda correspondente à cor amarela, apresentará, respectivamente, uma coloração

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(UNICAMP - 2016) Beisebol é um esporte que envolve o arremesso, com a mão, de uma bola de 140 g de massa na direção de outro jogador que irá rebatê-la com um taco sólido. Considere que, em um arremesso, o módulo da velocidade da bola chegou a 162 km/h, imediatamente após deixar a mão do arremessador. Sabendo que o tempo de contato entre a bola e a mão do jogador foi de 0,07 s, o módulo da força média aplicada na bola foi de:

Questão
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(UNICAMP - 2016) Anemômetros são instrumentos usados para medir a velocidade do vento. A sua construção mais conhecida é a proposta por Robinson em 1846, que consiste em um rotor com quatro conchas hemisféricas presas por hastes, conforme figura abaixo. Em um anemômetro de Robinson ideal, a velocidade do vento é dada pela velocidade linear das conchas. Um anemômetro em que a distância entre as conchas e o centro de rotação é r=25 cm, em um dia cuja velocidade do vento é v=18 km/h, teria uma frequência de rotação de

Questão
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(UNICAMP - 2016) O Teatro de Luz Negra, típico da República Tcheca, é um tipo de representação cênica caracterizada pelo uso do cenário escuro com uma iluminação estratégica dos objetos exibidos. No entanto, o termo Luz Negra é fisicamente incoerente, pois a coloração negra é justamente a ausência de luz. A luz branca é a composição de luz com vários comprimentos de onda e a cor de um corpo é dada pelo comprimento de onda da luz que ele predominantemente reflete. Assim, um quadro que apresente as cores azul e branca quando iluminado pela luz solar, ao ser iluminado por uma luz monocromática de comprimento de onda correspondente à cor amarela, apresentará, respectivamente, uma coloração

Questão
2016Física

(Pucpr 2016) O gráfico a seguir corresponde ao movimento de um móvel que se desloca sobre o eixo x, dado em metros, em função do tempo t em segundos. Determine a velocidade média do objeto durante todo o percurso.

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