Questões de Física - UNICAMP | Gabarito e resoluções

(UNICAMP - 2022 - 2 fase) O rgo Hammond, instrumento eletromecnico inventado por Laurens Hammond e John Hanert em 1935, como alternativa aos rgos de tubos em igrejas, rapidamente tornou-se popular entre msicos de jazz e de outros gneros musicais. O funcionamento do instrumento baseado num conjunto de rodas fnicas (discos metlicos com dentes magnetizados) que giram prximas a bobinas eletromagnticas (sensores), conforme a figura A. medida que os dentes passam em frente ao sensor, o fluxo magntico atravs da bobina varia, dando origem a uma corrente eltrica que oscila com um perodo correspondente passagem de cada dente. Essa corrente eltrica ento amplificada e alimenta os alto-falantes. a)Se a roda fnica da nota L, de frequncia f = 220Hz, possui 8 dentes e tem um raio R = 3,0cm, qual o mdulo da velocidade linear de um ponto na extremidade de um dente? b)Uma fonte contnua de fora eletromotriz e resistncia interna rintalimenta um amplificador de udio. A figura B apresenta um circuito com a fonte e sua resistncia interna ligadas resistncia ,equivalente ao circuito do amplificador. Se a queda de tenso em rint igual a , qual a potncia PL dissipada por RL?

(UNICAMP - 2022 - 2 fase) Recentemente, cientistas internacionais realizaram um estudo sobre as opes para evitar um possvel impacto de um asteroide com a Terra e estimaram que o tempo mnimo de antecedncia do incio das aes para impedir a coliso de cinco anos. a) Considere um asteroide de massa M = 3,0 x 1015kg(comparvel com a massa do asteroide que supostamente colidiu com a Terra e causou a extino dos dinossauros) se deslocando em direo Terra com uma quantidade de movimento de mdulo . Na tentativa de evitar o impacto, pretende-se lanar um mssil da Terra em direo ao asteroide de modo que, com o choque, seja gerado um impulso que altere a velocidade do asteroide (em mdulo ou direo). Suponha que essa operao ocorra com sucesso, reduzindo o mdulo da velocidade de deslocamento do asteroide pela metade. Desprezando a variao da massa do asteroide durante a operao, calcule a variao da energia cintica do asteroide como resultado da operao. b) Considere agora um outro asteroide que sofre, de fato, um impacto com a Terra. Considere tambm que o mdulo da fora de impacto da superfcie da Terra agindo sobre o asteroide varie em funo do tempo, de acordo com o grfico abaixo. Calcule o mdulo do impulso que agiu sobre o asteroide durante a coliso com a Terra.

(UNICAMP - 2022 - 2 fase) Recentemente, os arquelogos do Reino Unido apresentaram novas evidncias sobre a origem do crculo de pedras de Stonehenge, na Gr-Bretanha. Testes geoqumicos indicam que a maioria dos monumentos megalticos compartilham uma origem comum a cerca de vinte e cinco quilmetros de distncia, enquanto as pedras azuis menores podem ter sido trazidas de outro monumento que foi desmontado e movido duzentos e oitenta quilmetros. a) Observe o conjunto de pedras mostrado na figura A, e considere que a pedra na horizontal est em equilbrio esttico, sustentada pelas duas pedras verticais de mesma altura. A pedra horizontal homognea, estando a sua massa uniformemente distribuda ao longo do seu comprimento L = 4,0 m. A fora vertical indicada na figura A tem mdulo igual a . Suponha que uma das pedras verticais se rompa, gerando, imediatamente aps a ruptura, o diagrama de foras mostrado na figura B. Na situao da figura A, a fora peso que age no centro de massa da pedra horizontal produz um torque com mdulo em relao ao ponto O. O mdulo do torque dado pelo produto do mdulo da fora peso P vezes a distncia d do centro de massa ao ponto O. Calcule o mdulo do torque resultante na situao da figura B. b) Um mistrio que permanece sobre o monumento de Stonehenge diz respeito ao modo como pedras to pesadas teriam sido deslocadas, percorrendo grandes distncias. Para ilustrar tal desafio, calcule o trabalho que deve ser realizado por uma fora horizontal aplicada a uma pedra de massa para arrast-la, com velocidade constante, por uma distncia d = 20 km em contato com uma superfcie horizontal de coeficiente de atrito cintico igual a Sabendo que , expresse sua resposta em kWh.

(UNICAMP - 2022 - 2 fase) Na ilustrao da figura, uma bomba eleva leo at um reservatrio. Um pressostato instalado ao lado da bomba tem a funo de lig-la e de deslig-la conforme varia a altura h do nvel do leo. a) A bomba desligada quando a presso manomtrica no pressostato atinge o valor Lembrando que a presso manomtrica dada por sendo p a presso absoluta e p0 a presso atmosfrica, e sabendo que a densidade do leo em questo , qual o valor de h para que o pressostato desligue a bomba? b) Um elevador hidrulico faz uso da fora exercida por um fluido, normalmente um leo ou o ar. Num elevador residencial a vcuo, a fora aplicada sobre a cabine verticalmente para cima proveniente da diferena de presso do ar na base e no teto da referida cabine. A parte inferior da base fica em contato com a atmosfera ambiente, portanto, na presso atmosfrica . J na parte superior do teto, que fechada hermeticamente, retirase ar com uma bomba de vcuo, reduzindo-se a presso. Qual deve ser a presso na parte superior de uma cabine cilndrica de massa m = 300 kg para que ela suba em movimento retilneo uniforme? As reas da base e do teto so idnticas e dadas por . Despreze qualquer fora de atrito.

(UNICAMP - 2022 - 2 fase) Foi inaugurada em 2021, no deserto do Atacama, no Chile, a primeira usina termossolar da Amrica Latina. Nessa usina, a energia solar usada para fundir uma mistura de sais em temperaturas elevadas. A energia trmica armazenada nesses sais fundidos ento usada para produzir vapor de gua em alta presso e temperatura, o qual aciona as turbinas geradoras de eletricidade. A coleta da energia solar feita por mais de dez mil espelhos mveis (helistatos) distribudos sobre o terreno. a) A insolao diria a energia solar incidente por unidade de rea durante 1 dia. Na rea do terreno ocupado pelos helistatos, . Uma frao de 5% dessa energia solar incidente no terreno convertida em energia eltrica pela usina, energia esta fornecida para o consumo durante as 24 h do dia a uma potncia constante. Qual a potncia fornecida pela usina? b) Quanto tempo leva para que uma massa m = 25000 toneladas de sal seja fundida se a potncia luminosa usada para a fuso for? O calor latente de fuso do sal . Desde o incio at o final do processo, a temperatura do sal permanece constante e igual temperatura de fuso.

(UNICAMP - 2022 - 2 fase) Uma nova forma de gerao de energia eltrica elica que vem sendo testada usa a vibrao de uma haste vertical de carbono produzida pela fora do vento. A energia da oscilao da haste transformada em energia eltrica por meio de alternadores. Esse sistema apresenta vantagens para o meio ambiente, uma vez que no utiliza as turbinas elicas convencionais por serem muito barulhentas e perturbarem as comunidades vizinhas e a migrao de pssaros. a) Uma haste vertical rgida, usada num experimento de laboratrio, oscila com pequena amplitude de forma que a sua extremidade superior descreve um movimento aproximadamente horizontal. A posio horizontal da extremidade, x(t), varia com o tempo t conforme o grfico da figura A. Calcule a velocidade escalar mdia e o mdulo da velocidade mdia da extremidade superior da haste durante um perodo completo de oscilao. b) O movimento da extremidade superior da haste do item (a) similar ao de um pndulo. Um pndulo simples, de comprimento L = 2,0 m e massa m em sua extremidade inferior (a massa da haste em si desprezvel), solto a partir do repouso do ngulo (veja a figura B). Despreze perdas por atrito e calcule a velocidade da massa m quando ela passa pelo ponto mais baixo da trajetria. Dados:.

(UNICAMP - 2022 - 1 fase - Caderno R) USE O TEXTO A SEGUIR PARA RESPONDER S QUESTES 17 E 18. Em 2018, a NASA lanou a sonda Solar Parker com o objetivo de estudar o Sol. Para isso, ao longo de suas rbitas, a sonda se aproximar gradativamente da estrela, coletando dados a cada passagem. Em abril de 2021, a Solar Parker fez sua oitava aproximao, atingindo dois novos recordes de artefatos realizados pelo homem: maior velocidade e mxima aproximao do Sol. Uma sonda viaja a uma velocidade de mdulo constante igual a (aproximadamente a velocidade atingida pela sonda em abril de 2021), tangenciando a superfcie da Terra ao longo da Linha do Equador. Em uma hora, aproximadamente quantas voltas a sonda d em torno da Terra? Dado: Raio da Terra.

(UNICAMP - 2022 - 1 fase - Caderno R) USE O TEXTO A SEGUIR PARA RESPONDER S QUESTES 17 E 18. Em 2018, a NASA lanou a sonda Solar Parker com o objetivo de estudar o Sol. Para isso, ao longo de suas rbitas, a sonda se aproximar gradativamente da estrela, coletando dados a cada passagem. Em abril de 2021, a Solar Parker fez sua oitava aproximao, atingindo dois novos recordes de artefatos realizados pelo homem: maior velocidade e mxima aproximao do Sol. A fora gravitacional exercida pelo Sol sobre a sonda Solar Parker tem mdulo dado por , sendo a constante gravitacional universal, a massa do Sol, a massa da sonda, e a distncia entre a sonda e o centro do Sol. Sendo (aproximadamente a distncia atingida pela sonda em abril de 2021), qual o mdulo da acelerao gravitacional do Sol na referida posio?

(UNICAMP - 2022 - 1 fase - Caderno R) USE O TEXTO A SEGUIR PARA RESPONDER S QUESTES 19 E 20. Em abril de 2021 faleceu o astronauta norte-americano Michael Collins, integrante da misso Apolo 11, que levou o primeiro homem Lua. Enquanto os dois outros astronautas da misso, Neil Armstrong e Buzz Aldrin, desceram at a superfcie lunar, Collins permaneceu em rbita lunar pilotando o Mdulo de Comando Columbia. A rbita do Columbia era aproximadamente circular, e o mdulo da acelerao gravitacional na rbita era . A fora resultante centrpeta desempenhada pela fora gravitacional exercida pela Lua, ou seja, . Sendo o mdulo da velocidade do Columbia , qual foi aproximadamente o perodo da rbita?

(UNICAMP - 2022 - 1 fase - Caderno R) USE O TEXTO A SEGUIR PARA RESPONDER S QUESTES 19 E 20. Em abril de 2021 faleceu o astronauta norte-americano Michael Collins, integrante da misso Apolo 11, que levou o primeiro homem Lua. Enquanto os dois outros astronautas da misso, Neil Armstrong e Buzz Aldrin, desceram at a superfcie lunar, Collins permaneceu em rbita lunar pilotando o Mdulo de Comando Columbia. A viagem desde o Columbia at a superfcie da Lua foi realizada no Mdulo Lunar Eagle, formado por dois estgios: um usado na descida e outro, na subida. A massa seca do estgio de subida, ou seja, sem contar a massa do combustvel (quase totalmente consumido na viagem de volta), era . Considere que o mdulo da acelerao gravitacional seja aproximadamente constante e dado por desde a superfcie lunar at a rbita do Columbia, que se situava a uma altitude h = 110 km. Qual a variao da energia potencial gravitacional do estgio de subida (massa seca que reencontra o Columbia) na viagem de volta?

(UNICAMP - 2022 - 1 fase - Caderno R) As mscaras de proteo N95 e PFF2 se tornaram ferramentas importantes no combate disseminao do novo coronavrus durante a pandemia da Covid-19. Essas mscaras possuem fibras compostas de um material com campo eltrico permanente e so capazes de realizar uma filtragem eletrosttica das partculas ou gotculas dispersas no ar. Considere um campo eltrico uniforme de mdulo em uma regio do espao. A diferena de potencial eltrico entre duas linhas tracejadas paralelas entre si e perpendiculares direo desse campo eltrico, separadas por uma distncia , conforme mostra a figura a seguir, igual a

(UNICAMP - 2022 - 1 fase - Caderno R) A figura a seguir mostra a temperatura da tigela de uma panela de arroz eltrica em funo do tempo de cozimento. Ligando-se a panela, uma resistncia eltrica aumenta a temperatura da tigela contendo arroz e gua at que a gua entre em ebulio. Depois que toda a gua consumida -por evaporao e por absoro pelo arroz -, a temperatura da tigela volta a subir, o que detectado por um sensor, e a panela ento desligada. A potncia eltrica dissipada pela resistncia eltrica, na forma de calor, P = 400 W, constante durante todo o cozimento. Quanto vale a energia eltrica dissipada desde o incio do processo at que toda a gua seja consumida?

(UNICAMP - 2022 - 1 fase - Caderno R) A autoclave, um equipamento de esterilizao de objetos por meio de vapor de gua em alta temperatura e presso, foi inventada por Charles Chamberland, a pedido de Louis Pasteur. A figura a seguir mostra a curva da presso mxima de vapor da gua em funo da temperatura. Para temperaturas e presses do lado esquerdo da curva, a gua encontra-se na fase lquida; do lado direito, a gua est na fase de vapor. Nos pontos sobre a curva, as fases lquida e de vapor coexistem. A presso de funcionamento de uma determinada autoclave p = 3,0 atm. Se toda a gua est na fase de vapor, o que se pode dizer sobre a sua temperatura ? Dado: 1,0atm = 100 kPa

(UNICAMP - 2022 - 1 fase - Caderno R) Uma imagem capturada recentemente pela sonda Perseverance na superfcie de Marte mostrou o que parece ser um arco-ris no cu daquele planeta. Na Terra, um arco-ris surge como resultado da decomposio da luz branca do Sol por refrao nas gotculas quase esfricas de gua, suspensas na atmosfera. Em Marte, contudo, no h chuva. Portanto, a origem do arco-ris ainda controversa. Em relao ao fenmeno de formao do arco-ris na Terra, quando a luz solar incide em uma gotcula de gua, correto afirmar que

(UNICAMP - 2021 - 2 FASE) Quando colocada em um recipiente, a gua sofre evaporao a partir da sua superfcie, tendo como resistncia fsica evaporao a presso sobre essa superfcie. Se a presso do vapor de gua atinge o valor da presso que age sobre sua superfcie, a evaporao tende formao de bolhas (ebulio). Nessa situao, a temperatura da gua permanece constante at a evaporao total. a) O cozimento de alimentos , de uma forma simplificada, uma coleo de processos (reaes) qumicos. Neste contexto, cite a principal vantagem do uso de uma panela de presso e explique, do ponto de vista cientfico, a mudana que seu uso promove em relao a um cozimento em panela comum. b) Em uma panela de presso foi colocado determinado volume de gua. Considere os trs seguintes processos, realizados separadamente, para ferver a gua, at a evaporao completa: 1. Deixar a panela aberta, sem tampa; ligar o fogo e aquecer a gua. 2. Fechar a panela apenas apoiando a tampa na sua parte superior; ligar o fogo e aquecer a gua. 3. Fechar a panela encaixando a tampa conforme recomendado pelo fabricante; ligar o fogo e aquecer a gua. O grfico abaixo (espao de resposta) contm trs curvas de temperatura da gua, , em funo do tempo. Correlacione os processos 1, 2 e 3 acima com as correspondentes curvas A, B ou C no grfico. Justifique sua resposta. Desconsidere a contribuio da massa da tampa da panela.