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Marinha do Brasil — CP-T 2014 — Quadro Técnico do Corpo Auxiliar da Marinha — Física — Prova Amarela

Marinha do Brasil · Oficial do Quadro Técnico do Corpo Auxiliar da Marinha — Física

Diretoria de Ensino da Marinha2014Superior

50 questões nesta prova · página 1 de 3 · 50 com gabarito

Física Momento de Inércia

Diretoria de Ensino da Marinha (DEnsM) 2014 Superior

Marinha do Brasil · Oficial do Quadro Técnico do Corpo Auxiliar da Marinha — Física · Caderno Amarela

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Observe as figuras de um anel fino e de um cilindro.

Figura 1: anel fino circunscrevendo um quadrado de lado ℓ, com eixo passando pelo centro P perpendicular ao plano do anel. Figura 2: cilindro maciço de raio R girando em torno de seu eixo longitudinal.

Um anel fino de massa M é construído circunscrevendo um quadrado de lado ℓ e massa zero, conforme mostrado na figura 1. Um cilindro de mesma massa M, para ter o mesmo momento de inércia daquele anel, deve ter um raio igual a:
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Física Calorimetria

Diretoria de Ensino da Marinha (DEnsM) 2014 Superior

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Uma pulseira de prata é aquecida a 100°C e é colocada dentro de um copo com 240ml de água a 19°C. A temperatura final de equilíbrio é de 20°C. O calor específico da prata é 0,06cal/gK. Qual é a massa da pulseira?
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Resolução comentada

m_prata = 50 g.

Calor cedido pela prata = calor recebido pela água. Água: 240 mL ≈ 240 g, c = 1 cal/g°C, ΔT = 1 °C, então Q = 240 cal. Prata: m·0,06·(100 − 20) = 4,8m. Igualando, 4,8m = 240 e m = 50 g.

Análise das alternativas

A, B, C: massas pequenas demais para fornecer 240 cal. E: 100 g forneceria 480 cal.

Referência: Calorimetria: Q = mcΔT; equilíbrio térmico.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Indução Eletromagnética — Lei de Faraday

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Observe a figura abaixo representativa de um campo magnético uniforme no interior de uma região circular de raio R.

Região circular de raio R com campo magnético Bint entrando no papel (símbolos x) e campo externo nulo; ponto P1 interno à distância r1 do centro e ponto P2 externo à distância r2.

O campo magnético no exterior da região circular é nulo e, no interior, é perpendicular ao plano do papel, e sua intensidade pode ser expressa por B = 3t + 2, com B em Teslas e t em milissegundos.
Em um ponto P₁ distando r₁ = R/2 do centro da região circular, o campo elétrico vale E₁. Em um ponto P₂ distando r₂ = 2R do centro da região circular, o campo elétrico vale E₂. Sendo assim, pode-se afirmar que a razão E₁/E₂ é igual a:
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Física Interferência — Experimento de Young

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Num experimento de Young, uma luz composta de luz vermelha, com comprimento de onda 700nm, e luz azul, com comprimento de onda 400nm, incide sobre duas fendas estreitas separadas por uma distância de 100µm, sendo observada em uma tela a 2m de distância das fendas. Observa-se uma linha central brilhante de cor magenta. A que distância da linha central aparecerá a próxima linha magenta?
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Resolução comentada

A próxima linha magenta aparece a 5,6 cm da linha central.

A linha magenta ocorre quando os máximos do vermelho e do azul coincidem: m·700 = n·400, ou seja, 7m = 4n. A menor solução é m = 4 e n = 7. Então y = mλD/d = 4·700×10⁻⁹·2/(100×10⁻⁶) = 5,6×10⁻² m = 5,6 cm.

Análise das alternativas

A, B, C: correspondem a ordens menores (a 2,8 cm só o vermelho está em m = 2, sem coincidência com o azul). E: 8,4 cm é a posição do máximo de ordem 6 do vermelho, sem coincidir com o azul.

Referência: Experimento de Young: y = mλD/d.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Hidrodinâmica — Equação de Bernoulli

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Observe a figura abaixo que representa uma tubulação horizontal, na qual um fluido ideal é escoado suavemente.

Tubulação horizontal que se estreita da seção A1 (velocidade v1, pressão P1) para a seção A2 (velocidade v2, pressão P2), com a vazão R indicada por seta.

A tubulação se afunila de uma área de seção transversal A1 para uma área menor A2. Quando a diferença de pressão (P₁ - P₂) é igual a 2500Pa, a vazão é de (5/3000)m³/s. Quando a diferença de pressão (P₁ - P₂) alterar para 3600Pa, é porque a vazão, em m³/s, alterou para:
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Física Energia Potencial Elástica e Trabalho

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Observe a figura a seguir.

Desenho de um soldado com capacete mirando uma besta (arco montado sobre uma coronha).

A figura acima representa uma besta, arma utilizada para atirar dardos. Nos exércitos medievais, o soldado que a operava era chamado besteiro. Seu funcionamento consiste em tensionar um arco feito de material elástico e travá-lo na posição tensionada. Depois, introduz-se um dardo em uma fileira talhada no braço da arma e libera-se a trava por meio de um gatilho, projetando, assim, o dardo para a frente com grande velocidade.
Considere o arco como uma mola ideal, com constante elástica 200N/m, e que é necessário distendê-lo 50cm, a partir da posição de repouso, para armar a besta. O trabalho realizado pelo besteiro e a velocidade com que um dardo de 125g é disparado a partir do repouso são, respectivamente:
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Física Efeito Fotoelétrico

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Observe o gráfico a seguir.

Gráfico do potencial de frenagem (V), de 0 a 15, em função da frequência (10^15 Hz), de 0 a 5: reta crescente que corta o eixo horizontal pouco acima de 1.

Num experimento para estudar o efeito fotoelétrico em um dado metal, varia-se a frequência da luz incidente sobre o metal e mede-se o potencial negativo necessário para reduzir a corrente fotoelétrica a zero (o chamado potencial de frenagem). O gráfico acima mostra o resultado do experimento para o caso desse metal. Sendo assim, pode-se afirmar que a função trabalho, em eV, é:

Dado: constante de Planck h=4,14×10⁻¹⁵eV·s
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Física Entropia

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Deseja-se produzir um pequeno cubo de gelo com massa 10g. Para tanto, aproximam-se 10g de água líquida a 0°C de um bloco de 10kg de CO₂ sólido, conhecido como gelo seco, que está à temperatura de -78°C, obtendo-se, assim, o cubo de gelo de 10g a 0°C. Nesse processo, a variação de entropia da água e do universo, em J/K, foram, respectivamente:

Dado: calor latente de fusão do gelo L = 336J/g
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Resolução comentada

ΔS_água = −12,3 J/K e ΔS_universo = +4,9 J/K.

Ao congelar, a água libera Q = 10 g × 336 J/g = 3360 J a 273 K, então ΔS_água = −3360/273 ≈ −12,3 J/K. O gelo seco, a 195 K, absorve esse calor: ΔS = +3360/195 ≈ +17,2 J/K. A soma é ≈ +4,9 J/K, positiva, como exige a segunda lei.

Análise das alternativas

B: esquece de somar a variação da água ao ganho do gelo seco. C e E: invertem o sinal da água. D: soma os módulos em vez de subtrair.

Referência: Segunda lei da termodinâmica; variação de entropia em mudança de fase.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Princípio da Incerteza de Heisenberg

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Considere um elétron confinado a uma região de tamanho comparável a um átomo (da ordem de 10⁻¹¹m). A incerteza em sua energia cinética, em J, é da ordem de:
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Resolução comentada

Δx ~ 10⁻¹¹ m dá Δp ~ ħ/Δx ~ 10⁻²³ kg·m/s e energia cinética da ordem de 10⁻¹⁶ J.

Pelo princípio da incerteza, Δp ≈ ħ/Δx = 1,05×10⁻³⁴/10⁻¹¹ ≈ 10⁻²³ kg·m/s. A energia cinética associada é (Δp)²/2m = (10⁻²³)²/(2·9,1×10⁻³¹) ≈ 6×10⁻¹⁷ J, da ordem de 10⁻¹⁶ J.

Análise das alternativas

A, C, D e E: ordens de grandeza incompatíveis com Δp ~ 10⁻²³ e m = 9,1×10⁻³¹ kg.

Referência: Princípio da incerteza de Heisenberg.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Movimento Harmônico Simples

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Observe a figura a seguir, que representa um acelerômetro básico, constituído de massa sísmica presa a uma mola.

Esquema de acelerômetro: massa m presa por mola de constante k a uma base, com deslocamento Δx limitado por esbarro de fim de curso, sobre uma plataforma que se move horizontalmente.

Acelerômetro é um instrumento muito usado em meios navais, fundamental em sistemas inerciais e de navegação. Baseia-se na 2ª Lei de Newton e na Lei de Hooke. A ideia central é produzir um deslocamento diretamente proporcional à aceleração.
Um efeito indesejado ocorre quando a aceleração é bruscamente removida, pois tende a causar um movimento harmônico simples de frequência natural fN. Esse comportamento transitório de oscilação em torno da posição de repouso prejudica a leitura de um acelerômetro, limitando seu uso, pois não pode ser aplicado em situações em que ocorrem vibrações de frequências próximas à frequência natural.
Considere que o acelerômetro mostrado na figura tenha a massa sísmica de 0,03kg e mola de constante elástica 4,8x10³N/m. A frequência natural desse acelerômetro, em Hz, é igual a:
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Física Condução Térmica

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Observe a figura abaixo.

Fonte de calor à esquerda de três camadas justapostas com condutividades μ1, μ2 e μ3 e espessuras d1, d2 e d3, delimitadas pelas faces A, B, C e D com temperaturas TA, TB, TC e TD; seta indicando o fluxo de calor.

Uma fonte gera um fluxo de calor que passa através de três camadas perfeitamente encostadas. O fluxo de calor atravessa uniformemente o mesmo valor de área de seção transversal ao longo das três camadas. As condutividades térmicas das camadas possuem as seguintes relações μ₂=2.μ₁=μ₃/2. As espessuras das camadas possuem as seguintes relações d2 = 2.d1 = 2.d3. Sendo assim, é correto afirmar que:
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Física Lançamento Oblíquo

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Observe a figura de um navio parado em exercício de tiro.

Navio com canhão inclinado de um ângulo θ em relação à horizontal, mirando um alvo P à mesma altura, a uma distância horizontal d.

O objetivo do tiro de canhão é acertar um alvo P, também parado, situado à mesma altura do canhão e a uma distância horizontal d = 490m. A munição é disparada com velocidade inicial vₒ = 98m/s. Assinale a opção que apresenta o valor de inclinação θ, de modo que o objetivo seja atingido.
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Física Efeito Doppler

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Uma sirene irradia uma onda sonora de frequência 500kHz e se aproxima de um pedestre que identifica um som de frequência 540kHz devido ao efeito Doppler. Sabendo que a velocidade do som é de 340m/s, qual é a velocidade de aproximação da sirene, em km/h?
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Resolução comentada

Pela relação Δf/f = vs/v, vs ≈ 27,2 m/s ≈ 98 km/h.

No efeito Doppler com fonte em aproximação, f' = f·v/(v − vs). Usando a aproximação de velocidades pequenas, (f' − f)/f = vs/v, então vs = 0,08·340 = 27,2 m/s. Convertendo, 27,2 × 3,6 ≈ 98 km/h. O cálculo exato daria cerca de 90,7 km/h, mas o gabarito segue a aproximação.

Análise das alternativas

B: 27,2 está em m/s, não em km/h. A, C e E: não resultam da relação Doppler com os dados fornecidos.

Referência: Efeito Doppler (fonte móvel, observador em repouso).

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Circuitos de Corrente Alternada

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Analise o circuito elétrico a seguir.

Fonte v(t) ligada ao primário de um transformador 10:1; no secundário, resistor de 1 kΩ em série com dois ramos paralelos: um com 1 kΩ, indutor de 1/120π H e capacitor de 1/120π F em série; outro com 1 kΩ em série com o paralelo de indutor de 1/240π H e capacitor de 1/60π F. Correntes ip(t) no primário e is(t) no secundário.

A tensão alternada de entrada v(t) tem amplitude de 156V e frequência igual a 60Hz. O transformador é ideal, com relação de números de espiras (primário/secundário) de 10:1. A amplitude da corrente elétrica ip(t) no primário, em mA, é igual a:
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Física Cinemática Vetorial

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Observe a figura abaixo.

Navio na origem dos eixos x e y; aeronave a 500 m de altitude e a 1100√3 m na horizontal; trajetória retilínea do míssil com aceleração a inclinada de θ até o ponto de interceptação.

Considere a seguinte situação hipotética, representada pela figura acima: um navio de guerra detecta a aproximação de uma aeronave hostil, com velocidade constante de 216 √3 km/h e altitude constante de 500 m. Quando esta aeronave está a 1100 √3 metros de distância do navio, na horizontal, conforme mostra a figura, um míssil é lançado com velocidade inicial zero. O míssil tem propulsão própria e está programado para manter uma trajetória retilínea de inclinação θ e com aceleração constante a⃗. A altura do navio é desprezível, comparada com a altitude de voo. Sabendo que, após 10s de lançado, o míssil intercepta a aeronave, qual é o módulo da aceleração a⃗, em m/s²?
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Física Cinemática Vetorial

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Sabe-se que dois navios estão prestes a colidir. No instante t=0s, o navio A está na origem do sistema de coordenadas cartesianas (xA=0, yA=0), em movimento retilíneo uniforme, com velocidade de módulo vA=50m/s, e o navio B está na posição (xB=400m, yB=1000m), também em movimento retilíneo uniforme, com velocidade vB. Após Δt segundos, há a colisão no ponto (xC=800m, yC=600m). Qual é o módulo da velocidade vB, em m/s?
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Resolução comentada

Tempo de 20 s e vB ≈ 28,3 m/s.

O navio A percorre da origem a (800, 600), ou seja, 1000 m a 50 m/s, o que dá Δt = 20 s. O navio B vai de (400, 1000) a (800, 600), com deslocamento √(400² + 400²) ≈ 565,7 m. Logo vB = 565,7/20 ≈ 28,3 m/s.

Análise das alternativas

A, C, D e E: resultam de erros na distância ou no tempo. 56,6 equivale a usar Δt = 10 s, e 20 e 40 não correspondem ao deslocamento diagonal de B.

Referência: Cinemática vetorial; MRU.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Lançamento Horizontal

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Observe a figura a seguir.

Silhueta de navio com mergulhador na proa a uma altura h da água; ponto P na superfície a uma distância horizontal d da borda da proa.

Um mergulhador se lança ao mar saltando de uma altura h de 4,9 metros em relação à linha d'água e com velocidade inicial, apenas horizontal, de 2,5 m/s, a partir da proa de um navio, que se encontra parado, conforme ilustrado na figura acima. Ele atinge a superfície da água no ponto P, a uma distância horizontal d da borda da proa. Sabendo que o mergulhador pesa 65 kg e que a aceleração da gravidade é de 9,8 m/s², pode-se afirmar que a distância d, em metros, é igual a:
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Física Máquinas Térmicas — Ciclo Diesel

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Observe o diagrama pressão versus volume a seguir.

Diagrama p × V do ciclo Diesel com estados A, B, C e D; volumes marcados V0/15 (B), V0/10 (C) e V0 (A e D).

Esse diagrama representa uma máquina térmica operando o chamado Ciclo de Diesel, em que 10 moles de uma mistura de ar e gasolina (tratada como um gás ideal) sofrem uma compressão adiabática (AB), depois um aquecimento à pressão constante (BC), seguido por uma expansão adiabática (CD), que move o pistão, e, finalmente, um resfriamento isométrico (DA), retornando ao estado inicial. Como o ar é essencialmente uma mistura de gases diatômicos, considere a capacidade térmica à pressão constante do gás em questão como Cp=(7/2)R.
Considerando ainda o ponto A nas CNTP e sabendo que a pressão no trecho BC é 55atm, calcule o calor absorvido neste trecho e assinale a opção correta.

Dado: R=8,31 J/molK
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Física Circuitos de Corrente Contínua — Leis de Kirchhoff

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Observe o circuito elétrico abaixo.

Circuito com fontes de 8 V, 16 V, 2 V, 4 V, 1 V e 5 V, resistores de 1 Ω e 2 Ω no bloco central com os nós A e B e a corrente i, e uma rede simétrica de resistores de 1 Ω, 2 Ω, 3 Ω e 4 Ω à direita.

A intensidade da corrente elétrica i, que flui do nó B para o nó A, em Ampères, vale:
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Física Dilatação Térmica

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Um tanque metálico está cheio de ar à temperatura de 27°C, e em equilíbrio térmico com ele. A partir de certo instante, aquecem-se o ar e o tanque, mantendo-se, em seu interior, pressão constante pela ação de uma válvula que permite o escapamento de ar. Se o coeficiente de dilatação volumétrica do material que compõe o tanque é 5,0x10⁻⁵°C⁻¹, qual é a temperatura que o conjunto deve atingir para que escape 25% do ar originalmente contido no tanque?
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Resolução comentada

Para escapar 25% do ar (restam 75%), a temperatura deve chegar a cerca de 129 °C.

A pressão é constante, então n ∝ V/T. Com 75% do ar restante, V_f·T_i/(V_i·T_f) = 0,75. Sem dilatação do tanque, T_f = 300/0,75 = 400 K (127 °C). Com a dilatação do tanque, V_f/V_i = 1 + 5×10⁻⁵·ΔT ≈ 1,005, então T_f ≈ 402 K ≈ 129 °C.

Análise das alternativas

A e B: são valores baixos demais, incompatíveis com a perda de 25% do ar. D: não corresponde ao cálculo. E: 400 °C confunde 400 K com graus Celsius.

Referência: Equação de Clapeyron e dilatação volumétrica.

Resolução comentada do VaiConcursos.