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Marinha do Brasil — CP-T/2015 — Quadro Técnico do Corpo Auxiliar da Marinha — Física — Prova Amarela

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

Diretoria de Ensino da Marinha2015

50 questões nesta prova · página 3 de 3 · 49 com gabarito

Física Interferência em Filmes Finos

Diretoria de Ensino da Marinha 2015

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

Gabarito disponível

Assinale a opção que apresenta a menor espessura, em nm, que um filme fino de material transparente, com índice de refração 1,45, imerso em ar, deve ter para gerar um mínimo de reflexão quando iluminado normalmente por uma luz de comprimento de onda de 500nm.
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Mínimo de reflexão no filme fino: t = λ/(2n) = 500/2,9 ≈ 172 nm.

Com ar dos dois lados e n do filme maior que 1, há inversão de fase só na primeira reflexão. O mínimo de reflexão (interferência destrutiva) ocorre quando 2nt = mλ. Para a menor espessura (m = 1), t = λ/(2n) = 500/(2×1,45) ≈ 172 nm.

Análise das alternativas

A) 86 nm seria λ/(4n), condição de máxima reflexão. B, D e E) Não correspondem a nenhuma condição de mínimo com n = 1,45.

Referência: Interferência em filmes finos.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Difração — Critério de Rayleigh

Diretoria de Ensino da Marinha 2015

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Gabarito disponível

O maior telescópio refrator do mundo em operação, situado no observatório de Yerkes em Wisconsin, EUA, possui uma abertura circular com diâmetro de 102cm e uma distância focal de 19,4m. Admitindo-se a utilização de um filtro azul que transmite apenas luz de comprimento de onda 550nm, qual é a menor separação angular, em radianos, entre duas estrelas igualmente brilhantes que permite que elas sejam observadas por esse telescópio como objetos distintos?
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Resolução comentada

θ = 1,22λ/D = 1,22×550×10⁻⁹/1,02 ≈ 6,58×10⁻⁷ rad.

Pelo critério de Rayleigh para abertura circular, θmin = 1,22λ/D. Com λ = 550 nm e D = 1,02 m, θ = 6,71×10⁻⁷/1,02 ≈ 6,58×10⁻⁷ rad. A distância focal não entra no cálculo.

Análise das alternativas

A e B) Erram a potência de 10 ou os fatores. C) Corresponde a λ/D com outro fator. E) Usaria a distância focal de forma indevida.

Referência: Difração por abertura circular; critério de Rayleigh.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Átomo de Hidrogênio — Modelo de Bohr

Diretoria de Ensino da Marinha 2015

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Quando o hidrogênio atômico no estado fundamental é bombardeado com elétrons de energia cinética 12,2eV, qual é o número quântico principal do estado excitado mais elevado que o átomo de hidrogênio pode alcançar?
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Resolução comentada

Com 12,2 eV só se alcança n = 3 (12,09 eV); n = 4 exigiria 12,75 eV.

A energia para excitar do estado fundamental até n é 13,6(1 − 1/n²). Para n = 3 vale 12,09 eV, que é menor que 12,2 eV. Para n = 4 vale 12,75 eV, que é maior. O nível mais alto acessível é n = 3.

Análise das alternativas

A) n = 2 é alcançável, mas não é o mais alto. C, D e E) Exigem 12,75 eV ou mais.

Referência: Modelo de Bohr para o hidrogênio.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Física Nuclear — Fissão e Decaimento Beta

Diretoria de Ensino da Marinha 2015

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A reação de fissão nuclear em cadeia inicia-se quando um núcleo de ₉₂U²³⁵ absorve um nêutron, tornando-se instável, fundindo-se e liberando três nêutrons. Os núcleos resultantes da fusão iniciam, então, uma série de decaimentos beta, num processo cujos produtos finais são os núcleos estáveis ₆₀Nd¹⁴³ e ₄₀Zr⁹⁰. O número total de partículas beta liberadas no processo de conversão de ₉₂U²³⁵ em ₆₀Nd¹⁴³ e ₄₀Zr⁹⁰ é
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Resolução comentada

A conversão do U-235 em Nd-143 e Zr-90 envolve 8 decaimentos beta.

U-235 + n gera U-236, que libera 3 nêutrons, deixando 233 nucleons nos fragmentos. Isso bate com 143 + 90 = 233. Os fragmentos somam Z = 92 no início e Z = 60 + 40 = 100 no final. Cada beta-menos aumenta Z em 1, então são 8 partículas beta.

Análise das alternativas

A, B, C e E) Não conservam a carga: o Z total precisa subir de 92 para 100.

Referência: Fissão nuclear e decaimento beta.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Princípio da Incerteza

Diretoria de Ensino da Marinha 2015

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A incerteza mínima na energia de um estado excitado de um átomo é uma grandeza conhecida como largura natural do estado. Se a vida média de um dado estado excitado de um átomo é de 10⁻⁸s, sua largura natural, em eV, é

Dado: ħ = 6,58.10⁻¹⁶eV.s
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Resolução comentada

ΔE = ħ/(2Δt) = 3,29×10⁻⁸ eV.

O princípio da incerteza dá ΔE·Δt ≥ ħ/2. A incerteza mínima é ΔE = ħ/(2Δt) = 6,58×10⁻¹⁶/(2×10⁻⁸) = 3,29×10⁻⁸ eV.

Análise das alternativas

B) Usa ħ/Δt, sem o fator 1/2. C) e E) Usam h ou outros fatores. D) 4,14×10⁻⁷ é h/Δt, que usa h e não ħ.

Referência: Princípio da incerteza de Heisenberg (energia–tempo).

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Efeito Compton

Diretoria de Ensino da Marinha 2015

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Um raio X com comprimento de onda 0,300Å é espalhado por um elétron e sofre um desvio de 60° em relação a sua direção de incidência. Sendo assim, o aumento percentual em seu comprimento de onda é de

Dado: Comprimento de onda de Compton do elétron=2,43.10⁻¹²m
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Resolução comentada

Δλ = λc(1 − cos60°) = 1,215 pm, o que é 4,05% de 30 pm.

No espalhamento Compton, Δλ = λc(1 − cosθ) = 2,43×10⁻¹² × 0,5 = 1,215×10⁻¹² m. O comprimento de onda inicial é 0,300 Å = 3,00×10⁻¹¹ m. O aumento percentual é 1,215/30 ≈ 4,05%, ou seja, cerca de 4%.

Análise das alternativas

B a E) Resultam de erros de cálculo, como usar outro ângulo ou confundir as unidades de Å e m.

Referência: Efeito Compton.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Equações de Maxwell

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Com relação ao eletromagnetismo, analise as afirmativas abaixo.

I - A Lei de Gauss da eletrostática se aplica apenas a superfícies com elevado grau de simetria.
II - O fluxo do campo magnético através de qualquer superfície fechada é nulo, pois inexiste o monopolo magnético.
III- A força de Lorentz é conservativa, devido ao fato de os campos elétrico e magnético serem ambos conservativos.

Assinale a opção correta.
Selecione uma alternativa

Resolução comentada

Só a afirmativa II é verdadeira.

I é falsa: a lei de Gauss vale para qualquer superfície fechada, e a simetria só facilita o cálculo de E. II é verdadeira: ∮B·dA = 0 porque não há monopolo magnético. III é falsa: a força magnética não realiza trabalho, mas o campo B não é conservativo, e E induzido por B variável também não é.

Análise das alternativas

A, C, D e E) Todas consideram I ou III verdadeira, o que está errado.

Referência: Equações de Maxwell.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Fluxo Magnético

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Um fio retilíneo infinito conduz uma corrente constante i. Assinale a opção que apresenta o fluxo do campo magnético produzido por esse fio através de um quadrado de lado a, com dois dos lados paralelos ao fio, sendo que o lado mais próximo dista a do fio.
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Resolução comentada

Fluxo = ∫ de a a 2a de (μ0 i/2πr)·a dr = μ0 i a ln2/2π.

O campo do fio é B = μ0 i/(2πr), perpendicular à espira. Tomando faixas de largura dr e comprimento a, o fluxo é Φ = ∫ B·a dr, com r variando de a a 2a. O resultado é (μ0 i a/2π)·ln(2a/a) = μ0 i a ln2/2π.

Análise das alternativas

A, B, C e E) Não resultam da integração: ignoram a variação de B com 1/r, que gera o logaritmo, ou erram a dependência com a.

Referência: Lei de Ampère e definição de fluxo magnético.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Circuitos RC

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No instante t=0, um resistor com resistência 10MΩ é ligado em série com um capacitor de capacitância 1,0μF, inicialmente descarregado, e com uma bateria de força eletromotriz 40V e resistência interna desprezível. Após um tempo t=40s, que fração da corrente inicial (isto é, da corrente em t=0) percorre o circuito?
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Resolução comentada

Circuito RC: i(t)/i0 = e^(-t/RC), com RC = 10 s e t = 40 s, dá e^-4.

A constante de tempo é τ = RC = 10×10⁶ Ω × 1,0×10⁻⁶ F = 10 s. Na carga do capacitor, i(t) = i0·e^(-t/τ). Com t = 40 s, a razão é e^(-4) = 1/e⁴.

Análise das alternativas

B e D) Não seguem decaimento exponencial. C) 1/e ocorreria em t = τ = 10 s. E) Seria o valor em t = 0.

Referência: Carga de capacitor em circuito RC.

Resolução comentada do VaiConcursos.

Física Potência Elétrica

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A norma técnica NBR 5410/2004 da ABNT especifica a corrente elétrica máxima considerada segura para cada calibre de fio de cobre, isolado por termoplástico, utilizado em instalações domésticas, conforme a tabela abaixo.

Seção nominal (mm²) | Capacidade de condução (A)
1,0 | 11,0
1,5 | 14,5
2,5 | 19,5
4,0 | 26,0
6,0 | 34,0

Para instalar com segurança uma máquina de secar roupas com potência de 2400W a ser alimentada por uma tensão de 110V, deve-se utilizar fios com área da seção reta, em mm², de, no mínimo:
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Resolução comentada

I = P/V = 2400/110 ≈ 21,8 A, o que exige fio de 4,0 mm².

A corrente é I = P/V = 2400/110 ≈ 21,8 A. Na tabela, o fio de 2,5 mm² suporta só 19,5 A, insuficiente. O fio de 4,0 mm² suporta 26 A, e é a menor seção segura.

Análise das alternativas

A, B e C) Suportam 11, 14,5 e 19,5 A, todas abaixo de 21,8 A. E) 6,0 mm² é seguro, mas não é o mínimo pedido.

Referência: P = V·i; NBR 5410 (tabela do enunciado).

Resolução comentada do VaiConcursos.