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ITA — Vestibular 2015 — Prova de Física

Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) · Vestibular 2015 — Física

ITAMédio

30 questões nesta prova · página 1 de 2 · 20 com gabarito

Física Velocidade de Propagação de Pulsos em Cordas

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

Gabarito disponível

Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Um fio de comprimento L e massa específica linear µ é mantido esticado por uma força F em suas extremidades. Assinale a opção com a expressão do tempo que um pulso demora para percorrê-lo.
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Tempo do pulso: t = L√(µ/F).

A velocidade de um pulso em fio tensionado é v = √(F/µ). O tempo para percorrer o comprimento L é t = L/v = L√(µ/F).

Análise das alternativas

A e B) Erradas: não têm a dimensão de tempo. D e E) Erradas: acrescentam fatores π e 2π que não existem na relação.

Referência: Ondas em cordas: v = √(F/µ).

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Movimento de Carga em Campo Elétrico Uniforme

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

Gabarito disponível

Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Uma pequena esfera metálica, de massa m e carga positiva q, é lançada verticalmente para cima com velocidade inicial v₀ em uma região onde há um campo elétrico de módulo E, apontado para baixo, e um gravitacional de módulo g, ambos uniformes. A máxima altura que a esfera alcança é
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Altura máxima: h = m·v₀²/[2(qE+mg)].

Subindo, atuam o peso mg e a força elétrica qE, ambas para baixo, de modo que a desaceleração é a = g + qE/m. Pela relação de Torricelli, h = v₀²/(2a) = m·v₀²/[2(qE+mg)].

Análise das alternativas

A) Errada: v²/(2g) desconsidera o campo elétrico e usa v em vez de v₀. B, C e E) Erradas: não têm a dimensão de comprimento nem decorrem da cinemática do problema.

Referência: Dinâmica de partícula em campos uniformes.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Movimento Circular e Conservação de Energia

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

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Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Uma massa puntiforme é abandonada com impulso inicial desprezível do topo de um hemisfério maciço em repouso sobre uma superfície horizontal. Ao descolar-se da superfície do hemisfério, a massa terá percorrido um ângulo θ em relação à vertical. Este experimento é realizado nas três condições seguintes, I, II e III, quando são medidos os respectivos ângulos θI, θII e θIII:
I. O hemisfério é mantido preso à superfície horizontal e não há atrito entre a massa e o hemisfério.
II. O hemisfério é mantido preso à superfície horizontal, mas há atrito entre a massa e o hemisfério.
III. O hemisfério e a massa podem deslisar livremente pelas respectivas superfícies.
Nestas condições, pode-se afirmar que
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Atrito atrasa o descolamento (θII > θI) e hemisfério móvel adianta (θIII < θI).

Em I, o descolamento ocorre em cos θ = 2/3. Em II, o atrito dissipa energia, a velocidade é menor, e a massa só descola mais abaixo, logo θII > θI. Em III, o hemisfério recua, o que reduz a energia cinética disponível para a massa na direção tangencial, e o descolamento ocorre mais cedo, logo θIII < θI.

Análise das alternativas

A, B, D) Erradas: invertem uma das relações. E) Errada: o hemisfério móvel altera o ângulo de descolamento.

Referência: Dinâmica do movimento circular e conservação de energia.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Equilíbrio Eletrostático e Estabilidade

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

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Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Considere um tubo horizontal cilíndrico de comprimento ℓ, no interior do qual encontram-se respectivamente fixadas em cada extremidade de sua geratriz inferior as cargas q₁ e q₂, positivamente carregadas. Nessa mesma geratriz, numa posição entre as cargas, encontra-se uma pequena esfera em condição de equilíbrio, também positivamente carregada. Assinale a opção com as respostas corretas na ordem das seguintes perguntas:
I. Essa posição de equilíbrio é estável?
II. Essa posição de equilíbrio seria estável se não houvesse o tubo?
III. Se a esfera fosse negativamente carregada e não houvesse o tubo, ela estaria em equilíbrio estável?
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Sim, Não, Não.

I: com o tubo, a esfera fica restrita à geratriz e, ao longo dela, entre duas cargas positivas, o equilíbrio é estável. II: sem o tubo, o equilíbrio é instável na direção transversal, como prevê o teorema de Earnshaw. III: com carga negativa, a esfera seria atraída pelas duas cargas e o equilíbrio seria instável.

Análise das alternativas

A, B, D e E) Erradas: cada uma contém ao menos uma resposta incorreta em relação ao padrão Sim, Não, Não.

Referência: Equilíbrio eletrostático e teorema de Earnshaw.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Campo Magnético e Força Magnética

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

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Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Considere as seguintes proposições sobre campos magnéticos:
I. Em um ponto P no espaço, a intensidade do campo magnético produzido por uma carga puntiforme q que se movimenta com velocidade constante ao longo de uma reta só depende da distância entre P e a reta.
II. Ao se aproximar um ímã de uma porção de limalha de ferro, esta se movimenta porque o campo magnético do ímã realiza trabalho sobre ela.
III. Dois fios paralelos por onde passam correntes uniformes num mesmo sentido se atraem.
Então,
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Apenas III é correta.

III está correta: correntes paralelas no mesmo sentido se atraem. I está errada: o campo de uma carga em movimento depende também do ângulo e da posição da carga, e não só da distância ao ponto P. II está errada: a força magnética não realiza trabalho, e o movimento da limalha se deve à energia do sistema imã–limalha.

Análise das alternativas

A, B, D) Erradas, pois I e II são falsas. E) Errada, pois III é verdadeira.

Referência: Magnetismo: força entre fios e trabalho da força magnética.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Centro de Massa

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

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Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Uma chapa metálica homogênea quadrada de 100 cm² de área, situada no plano xy de um sistema de referência, com um dos lados no eixo x, tem o vértice inferior esquerdo na origem. Dela, retira-se uma porção círcular de 5,00 cm de diâmetro com o centro posicionado em x = 2,50 cm e y = 5,00 cm. Determine as coordenadas do centro de massa da chapa restante.
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Centro de massa da chapa com furo circular: (5,61; 5,00) cm.

A área removida é π·2,5² ≈ 19,63 cm², com centro em (2,5; 5,0). Em x, xc = (100·5 − 19,63·2,5)/(100−19,63) = 450,9/80,37 ≈ 5,61 cm. Em y, a simetria mantém yc = 5,00 cm.

Análise das alternativas

A) Errada: x = 6,51 cm sugere erro de cálculo. C e D) Erradas: deslocam o centro de massa em y, mas o furo está em y = 5, então yc fica em 5,00. E) Errada: ignora a remoção do furo, que desloca xc.

Referência: Centro de massa de corpos compostos.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Pressão de Radiação

ITA Médio

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Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

No espaço sideral, luz incide perpendicular e uniformemente numa placa de gelo inicialmente a -10 ºC e em repouso, sendo 99% refletida e 1% absorvida. O gelo então derrete pelo aquecimento, permanecendo a água aderida à placa. Determine a velocidade desta após a fusão de 10% do gelo.
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Pressão de radiação e calor absorvido dão velocidade de cerca de 3 cm/s.

O momento transferido por unidade de energia incidente E é (2·0,99+0,01)E/c ≈ 1,99E/c. A energia absorvida (1% de E) aquece e derrete: para fundir 10% da massa m, precisa-se de 5 cal/g (aquecer de −10 °C a 0 °C) mais 8 cal/g (10% do calor latente de 80 cal/g), ou seja, 13 cal/g. Com 1 cal = 4 J, 0,01E = 52000·m J, logo E ≈ 5,2×10⁶·m. Então v = 1,99E/(mc) ≈ 1,99·5,2×10⁶/3×10⁸ ≈ 3,4×10⁻² m/s, ou seja, cerca de 3 cm/s.

Análise das alternativas

A, C, D e E) Erradas: diferem em ordem de grandeza do valor ≈ 3 cm/s.

Referência: Pressão de radiação e calorimetria.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Equilíbrio de Corpos Rígidos — Tombamento

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

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Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Um bloco cônico de massa M apoiado pela base numa superfície horizontal tem altura h e raio da base R. Havendo atrito suficiente na superfície da base de apoio, o cone pode ser tombado por uma força horizontal aplicada no vértice. O valor mínimo F dessa força pode ser obtido pela razão h/R dada pela opção
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Condição de tombamento do cone: F·h = Mg·R, logo h/R = Mg/F.

Na iminência de tombar, o cone gira em torno da borda da base. O torque da força F aplicada no vértice, com braço h, iguala o torque do peso, com braço R (o centro de massa está sobre o eixo e a borda fica a distância R). Assim F·h = Mg·R, e h/R = Mg/F.

Análise das alternativas

B) Errada: inverte a razão. C, D e E) Erradas: somam F e Mg, o que não decorre do equilíbrio de torques.

Referência: Estática: equilíbrio de torques e tombamento.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Interferência em Lâminas Delgadas (Cunha)

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

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Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Luz, que pode ser decomposta em componentes de comprimento de onda com 480 nm e 600 nm, incide verticalmente em uma cunha de vidro com ângulo de abertura α = 3,00º e índice de refração de 1,50, conforme a figura, formando linhas de interferência destrutivas. Qual é a distância entre essas linhas?
Feixe de raios verticais paralelos incidindo de cima sobre uma cunha fina de vidro com pequeno ângulo de abertura α entre suas faces.
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Física Líquidos em Referenciais Acelerados

ITA Médio

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Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Um tubo em forma de U de seção transversal uniforme, parcialmente cheio até uma altura h com um determinado líquido, é posto num veículo que viaja com aceleração horizontal, o que resulta numa diferença de altura z do líquido entre os braços do tubo interdistantes de um comprimento L. Sendo desprezível o diâmetro do tubo em relação à L, a aceleração do veículo é dada por
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Tubo em U acelerado: a = g·z/L.

Com aceleração horizontal a, a superfície do líquido inclina-se de modo que tan θ = a/g. Como o diâmetro do tubo é desprezível, a diferença de altura entre os braços, separados por L, é z = L·tan θ = L·a/g. Logo a = zg/L.

Análise das alternativas

A) Errada: o fator 2 não aparece. B e C) Erradas: h não entra no resultado. D) Errada: troca z por h e acrescenta fator 2, sem base física.

Referência: Hidrostática em referencial acelerado.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Módulo de Young

ITA Médio

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Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

A figura mostra um dispositivo para medir o módulo de elasticidade (módulo de Young) de um fio metálico. Ele é definido como a razão entre o força por unidade de área da seção transversal do fio necessária para esticá-lo e o resultante alongamento deste por unidade de seu comprimento. Neste particular experimento, um fio homogêneo de 1,0 m de comprimento e 0,2 mm de diâmetro, fixado numa extremidade, é disposto horizontalmente e preso pela outra ponta ao topo de uma polia de raio r. Um outro fio preso neste mesmo ponto, envolvendo parte da polia, sustenta uma massa de 1 kg. Solidário ao eixo da polia, um ponteiro de raio R = 10r acusa uma leitura de 10 mm na escala semicircular iniciada em zero. Nestas condições, o módulo de elasticidade do fio é de
Dispositivo: fio horizontal preso a uma parede e ao topo de uma polia de raio r; da polia pende um bloco de 1 kg; um ponteiro de raio R solidário ao eixo da polia indica a leitura numa escala semicircular graduada de 0 a 90 mm.
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Física Campo Gravitacional de Corpos Extensos

ITA Médio

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Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Assinale a alternativa incorreta dentre as seguintes proposições a respeito de campos gravitacionais de corpos homogêneos de diferentes formatos geométricos:
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Resolução comentada

A alternativa incorreta é a B: nos eixos de simetria da chapa o campo está no plano da chapa.

Os eixos de simetria de uma chapa quadrada vazada estão contidos no plano da chapa. Em pontos desses eixos, por simetria, o campo gravitacional aponta ao longo do próprio eixo, isto é, no plano da chapa e não normal a ele. Por isso a afirmação B é incorreta.

Análise das alternativas

A) Correta: a diagonal principal é eixo de simetria que passa pelo vértice. C) Correta: por simetria, o campo no eixo passa pelo centro da base, mas isso não vale para outros pontos. D) Correta: o toro tem pontos, como os da face externa no plano equatorial, em que o campo é não nulo e normal à superfície. E) Correta: o eixo de simetria do tetraedro regular que passa pelo vértice é normal à face oposta.

Referência: Campo gravitacional e simetria.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Movimento Circular — Sistema Girante com Mola

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

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Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Na figura, o eixo vertical giratório imprime uma velocidade angular ω = 10 rad/s ao sistema composto por quatro barras iguais, de comprimento L = 1 m e massa desprezível, graças a uma dupla articulação na posição fixa X. Por sua vez, as barras de baixo são articuladas na massa M de 2 kg que, através de um furo central, pode deslizar sem atrito ao longo do eixo e esticar uma mola de constante elástica k = 100 N/m, a partir da posição O da extremidade superior da mola em repouso, a dois metros abaixo de X. O sistema completa-se com duas massas iguais de m = 1 kg cada uma, articuladas às barras. Sendo desprezíveis as dimensões das massas, então, a mola distender-se-á de uma altura z acima de O dada por
Sistema girante: eixo vertical com articulação X no topo; quatro barras de comprimento L formam um losango com massas m nos vértices laterais e a massa M no vértice inferior, que desliza no eixo sobre uma mola; ω indica a rotação; cota 2L de X até o nível O e cota z entre O e M.
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Física Física Nuclear e Efeito Fotoelétrico

ITA Médio

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Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Considere as quatro proposições seguintes:
I. Os isótopos ¹⁶O e ¹⁸O do oxigênio diferenciam-se por dois neutrons.
II. Sendo de 24000 anos a meia-vida do ²³⁹Pu, sua massa de 600 g reduzir-se-á a 200 g após 72000 anos.
III. Um núcleo de ²⁷Mg se transmuta em ²⁸Al pela emissão de uma partícula β.
IV. Um fóton de luz vermelha incide sobre uma placa metálica causando a emissão de um elétron. Se esse fóton fosse de luz azul, provavelmente ocorreria a emissão de dois ou mais elétrons.
Então,
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Apenas a proposição I é correta.

I está certa: ¹⁶O e ¹⁸O têm o mesmo Z e diferem em 2 nêutrons. II está errada: após 72000 anos (3 meias-vidas), 600 g viram 75 g. III está errada: a emissão β não altera o número de massa, e ²⁷Mg→²⁸Al mudaria A. IV está errada: um fóton ejeta no máximo um elétron, e o fóton azul só dá mais energia cinética ao elétron.

Análise das alternativas

B, C, D) Erradas, pois só I é correta. E) Errada, pois I é correta.

Referência: Física moderna: isótopos, decaimento radioativo, efeito fotoelétrico.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Movimento Harmônico Simples — Gráficos

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

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Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Na figura, as linhas cheia, tracejada e pontilhada representam a posição, a velocidade e a aceleração de uma partícula em um movimento harmônico simples. Com base nessas curvas assinale a opção correta dentre as seguintes proposições:
Gráfico y versus t, com t de 0 a 6 e y de −2 a 2, contendo três curvas senoidais: uma linha cheia de amplitude 2, uma linha tracejada e uma linha pontilhada de amplitudes menores, defasadas entre si, sobre papel quadriculado.
I. As linhas cheia e tracejada representam, respectivamente, a posição e a aceleração da partícula.
II. As linhas cheia e pontilhada representam, respectivamente, a posição e a velocidade da partícula.
III. A linha cheia necessariamente representa a velocidade da partícula.
Selecione uma alternativa

Física Transformação Adiabática

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

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Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Numa expansão muito lenta, o trabalho efetuado por um gás num processo adiabático é
Fórmula: W12 igual a P1 vezes V1 elevado a gama, dividido por (1 menos gama), multiplicado por (V2 elevado a (1 menos gama) menos V1 elevado a (1 menos gama)).
em que P, V, T são, respectivamente, a pressão, o volume e a temperatura do gás, e γ uma constante, sendo os subscritos 1 e 2 representativos, respectivamente, do estado inicial e final do sistema. Lembrando que PVᵞ é constante no processo adiabático, esta fórmula pode ser reescrita deste modo:
Selecione uma alternativa

Física Energia Potencial Elétrica

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

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Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Assinale a alternativa que expressa o trabalho necessário para colocar cada uma de quatro cargas elétricas iguais, q, nos vértices de um retângulo de altura a e base 2a√2, sendo k = 1/4πε₀, em que ε₀ é a permissividade elétrica do vácuo.
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Energia eletrostática de quatro cargas iguais nos vértices de um retângulo a × 2a√2.

A diagonal mede √(a²+8a²)=3a. O trabalho é a soma das energias dos 6 pares: 2 lados de a, 2 lados de 2a√2 e 2 diagonais de 3a. Isso dá kq²[2/a + 1/(√2 a) + 2/(3a)] = k(16+3√2)q²/(6a).

Análise das alternativas

A, B, D e E) Erradas: resultam de erro na distância dos pares ou na contagem dos pares (são 6) e não coincidem com a soma 2/a + √2/(2a) + 2/(3a).

Referência: Energia potencial eletrostática de um sistema de cargas.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Indução Eletromagnética

ITA Médio

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Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Uma espira quadrada, feita de um material metálico homogêneo e rígido, tem resistência elétrica R e é solta em uma região onde atuam o campo gravitacional g = −g ez e um campo magnético
Fórmula do campo magnético: vetor B igual a B0 sobre L vezes (menos x vezes o vetor unitário ex mais z vezes o vetor unitário ez).
Inicialmente a espira encontra-se suspensa, conforme a figura, com sua aresta inferior no plano xy num ângulo α com o eixo y, e o seu plano formando um ângulo β com z. Ao ser solta, a espira tende a
Eixos x, y e z; espira quadrada inclinada com a aresta inferior no plano xy formando o ângulo α com o eixo y e o plano da espira formando o ângulo β com o eixo z; linhas tracejadas de projeção no plano xy.
Selecione uma alternativa

Física Relatividade Restrita — Dilatação do Tempo

ITA Médio

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Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Um muon de meia-vida de 1,5 µs é criado a uma altura de 1 km da superfície da Terra devido à colisão de um raio cósmico com um núcleo e se desloca diretamente para o chão. Qual deve ser a magnitude mínima da velocidade do muon para que ele tenha 50% de probabilidade de chegar ao chão?
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Resolução comentada

Dilatação do tempo: o muon precisa de ao menos uma meia-vida própria para ter 50% de chance, o que dá v ≈ 2,7×10⁸ m/s.

Para chegar com 50% de probabilidade, o tempo próprio do muon deve ser no máximo uma meia-vida, 1,5 µs. Então L/(γv) = 1,5 µs, e γv = 10³/1,5×10⁻⁶ ≈ 6,67×10⁸ m/s. Com β = v/c, γβ ≈ 2,22, logo β = 2,22/√(1+2,22²) ≈ 0,91 e v ≈ 2,7×10⁸ m/s.

Análise das alternativas

A, B, C e D) Erradas: velocidades menores que 2,7×10⁸ m/s fazem o tempo próprio do trajeto superar 1,5 µs, e a probabilidade de chegada cai abaixo de 50%. Por exemplo, 2,0×10⁸ m/s dá γ ≈ 1,34 e tempo próprio ≈ 2,5 µs.

Referência: Relatividade restrita: dilatação do tempo.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Interferência Luminosa em Meio em Movimento

ITA Médio

Instituto Tecnológico de Aeronáutica · Vestibular 2015 — Física

Gabarito disponível

Texto-base:
Se precisar, utilize os valores das constantes aqui relacionadas.
Constante dos gases: R = 8 J/(mol·K). Pressão atmosférica ao nível do mar: P₀ = 100 kPa.
Massa molecular do CO₂ = 44 u. Calor latente do gelo: 80 cal/g. Calor específico do gelo: 0,5 cal/(g·K).
1 cal = 4×10⁷ erg. Aceleração da gravidade: g = 10,0 m/s².

Luz de uma fonte de frequência f gerada no ponto P é conduzida através do sistema mostrado na figura. Se o tubo superior transporta um líquido com índice de refração n movendo-se com velocidade u, e o tubo inferior contêm o mesmo líquido em repouso, qual o valor mínimo de u para causar uma interferência destrutiva no ponto P’?
Sistema óptico: luz parte do ponto P, passa por uma lente convergente, divide-se entre dois tubos paralelos de comprimento L — o superior com líquido entrando e saindo com velocidade u, o inferior em repouso — e uma segunda lente faz os feixes convergirem no ponto P'.
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