Questões de Concurso Comentadas sobre física

A Estação Espacial Internacional (ISS) está a cerca de 400 km de altura, e são populares os vídeos que mostram o cotidiano dos astronautas em gravidade zero. O raio da terra é de cerca de 6400 km.
Assinale a alternativa que apresenta a expressão correta para o valor do campo gravitacional terrestre a uma altura igual a da ISS (g’) em relação ao valor da gravidade na superfície do planeta (g). 

A imagem abaixo foi elaborada por Isaac Newton em sua obra Principia onde registra-se o movimento orbital ao redor de um planeta, costumeiramente ligada à representação pictórica da frase “um corpo em órbita é um corpo em queda permanente”. 

Considere um ponto bem elevado do planeta como o Aconcágua, em Mendoza na Argentina, com aproximadamente 7 km de altitude, que será lançado em movimento orbital. Utilize, se necessário, os valores aproximados de 6,67 x 10^-11 N.m² /kg² para a constante da gravitação universal, de 6.10²⁴ kg para a massa da Terra, 6.400 km para o raio da Terra e √10 = 3,2.

Para fins de cálculo, considere a aproximação: 6,67 = 20/3.

No contexto dessa analogia, analise as afirmações desprezando-se todos os efeitos dissipativos possíveis:

I. Seria possível lançar um objeto horizontalmente de maneira a realizar uma volta completa ao redor de um planeta.

II. Um objeto de 1kg lançado do topo do Aconcágua com velocidade de aproximadamente 1 km/s não conseguiria realizar uma volta completa ao redor da Terra.

III. Considerando as órbitas mais elevadas (distantes da superfície). Nestas condições, a velocidade da órbita é dependente da massa do planeta, da massa do objeto e da distância entre seus centros de massa.

Estão corretas as afirmativas:

Na torre de Fallturm Bremen, laboratório do Centro de Tecnologia Espacial Aplicada e Microgravidade (ZARM), a catapulta que pode lançar cápsulas de 300 a 500 kg para simular microgravidade. A cápsula deve sair à velocidade de 48 m/s, e a aceleração ocorre em cerca de 0,3s sendo realizado por um sistema pneumático. Considere g=10 m/s² 

A depender do peso do experimento levado pela cápsula, o esforço sobre o sistema pneumático é distinto para garantir as mesmas condições de lançamento. Considerando uma massa de 500 kg e supondo que a aceleração de lançamento seja uniforme, procura-se determinar:
I. A aceleração a que a cápsula é submetida durante o lançamento (em unidades de g: aceleração da gravidade) é de ______. II. A força resultante sobre a cápsula durante o lançamento é de ______. III. O trabalho realizado pelo sistema pneumático é de ______.


Assinale a alternativa que apresenta os valores mais consistentes para as lacunas.

Considere a descrição abaixo do experimento do barco do Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, cientista russo que viveu entre 1857 e 1935 considerado um dos fundadores da cosmonáutica:

“Uma pessoa se encontra sem remos em um barco longe da costa. Ele quer chegar a esta costa. Ele percebe que o barco está carregado com uma certa quantidade de pedras e tem a ideia de atirar, uma a uma e o mais rápido possível, essas pedras na direção oposta à margem.” 

Considerando um barco com 10 pedras de 10kg, o barco tem 50kg e a pessoa 60kg. O marinheiro, que se mantém parado em relação ao barco, deseja que o barco se desloque de 2 m/s, ao parar pelo atrito com a água uma nova pedra é arremessada e assim por diante (despreze os efeitos do atrito durante o impulso).

Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, os valores corretos para a velocidade necessária de lançamento da pedra no primeiro e no n-ésimo lançamento.

A energia presente no processo de expansão de um gás é dada pelo trabalho na sua definição termodinâmica W = p·ΔV.
Um caminho que aproxima a estimativa de Fermi para a energia liberada na explosão da primeira bomba nuclear, teste Trinity de 1945, durante a passagem da onda de choque por ele que acompanhava o teste, consiste em se notar que os papeizinhos que foram arrastados pela onda de choque servem como estimativa da espessura de 2,5m da casca esférica de ar comprimido que compõe a onda de choque com volume ΔV. O centro da onda está no local onde explodiu a bomba a 10 milhas (16 km) de Fermi.
A pressão de uma onda de compressão pode ser modelada por:
p = w·v_som·d_ar·Δ_Spapel ≅ 1100 N/m²

Onde foram substituídos os valores w = 1s^-1 (ondas de choque), d_ar = 1,3 kg/m³ , v_som= 340 m/s. e ΔS_papel = 2,5m, vindo do deslocamento dos papeizinhos arrastados pela passagem da onda de choque.
Considere Π = 3. Assinale a alternativa que indica a ordem de grandeza da estimativa em joules da energia carregada pela onda de choque utilizando esse raciocínio. 

Considere a citação de Enrico Fermi sobre o teste Trinity (1º Teste Nuclear):
“Cerca de 40 segundos depois da explosão, a onda de choque chegou a mim. Eu tentei estimar sua intensidade derrubando pedaços de papel a cerca de 183 cm (6 pés) durante e depois da passagem da onda de choque. Como naquele dia não havia vento, eu pude observar a grande distinção e medir o deslocamento dos pedaços de papel que estavam caindo enquanto a onda estava passando. O deslocamento foi de cerca de 2,5 metros, o que naquele tempo eu estimei corresponder à explosão que seria produzida por 10 mil toneladas de TNT.”
Fonte:https://fermatslibrary.com/s/my-observations-during-the- explosion-at-trinity, tradução livre.

A estimativa desenvolvida por Fermi partiu do raciocínio sobre ondas de choque e a energia carregada por elas. Entretanto, considere um modelo simples em que uma bola de papel esteve submetida ao impulso apenas na direção horizontal vindo da onda de choque (lançamento horizontal).
Despreze efeitos de resistência do ar (por serem muito menores que o impulso recebido e que o fenômeno foi curto o suficiente para não envolver a velocidade limite). Considere que a bola de papel foi abandonada de uma altura de 1,8m e que chegue ao chão 2,4m à frente. Considere g = 10m/s² .
Assinale a alternativa que apresenta respectivamente as estimativas adequadas do tempo de queda e da velocidade média desenvolvida pela bolinha de papel ao longo do deslocamento.

A vitória da Argentina contra a França na Copa do Mundo no Catar foi definida na disputa de pênaltis. Entre as cobranças, o goleiro argentino Emiliano Martínez defendeu em seu peito o chute de Kingsley Coman. O comportamento da velocidade da bola numa cobrança desse tipo, desde o início do chute até instantes após a defesa, podem ser modeladas aproximadamente pelo gráfico a seguir.

A bola oficial dessa copa, denominada Al Rihla, ou “A Jornada” em tradução livre, tem massa estabelecida entre 410 e 450 g, circunferência de 68 a 70 cm e suas cores e desenhos remetem a elementos da bandeira e da cultura do Catar.
Considere que bola tem massa 450g e que reproduziu o comportamento do gráfico. Assinale a alternativa que contém os valores mais próximos:

I. Da força média aplicada sobre a bola durante o chute. II. Da distância percorrida pela bola até a defesa do goleiro. III. Do impulso exercido pelo goleiro sobre a bola na defesa do pênalti.

Júpiter e suas luas são observáveis com um telescópio amador. As quatro maiores luas de Júpiter foram descobertas por Galileu em 1610 e marcam o início da exploração do cosmos por meio de telescópios.

Sabendo-se que o período orbital da lua Europa é aproximadamente o dobro do período orbital da lua Io, e que o período orbital da lua Ganímedes é aproximadamente o dobro do período orbital da lua Europa, assinale a alternativa que melhor representa uma possível configuração visível em uma observação do céu em que essas três luas e Júpiter estão alinhados no plano perpendicular à direção de observação (plano de observação). As linhas horizontais estão equidistantes e considere ³√4 =1,6.

O artigo “A física no salto recorde de Felix Baumgartner” de Fernando Lang da Silveira, publicado na Revista Brasileira de Ensino de Física em 2015, analisa o movimento durante toda a queda, como descreve em seu resumo.

“Em 14/10/2012 Felix Baumgartner fez seu salto recorde na atmosfera. A partir do vídeo que apresenta medidas de tempo, velocidade, altitude e aceleração durante todo o salto recorde são discutidos diversos aspectos da Mecânica envolvida no feito, bem como tópicos de física da atmosfera terrestre relevantes para a compreensão do movimento de descida desde a estratosfera. Além dos três recordes mundialmente reconhecidos - maior altitude inicial, maior extensão de queda e obtenção de velocidade supersônica por um paraquedista - demonstra-se quantitativamente que também ocorreu queda livre, com aceleração em acordo com o valor previsto teoricamente pela International Gravity Formula, durante mais de 20 s, por mais de 3 km, constituindo-se certamente em outro recorde. Apresenta-se também um modelo para a velocidade na etapa de descida sem paraquedas que é consistente com os dados do vídeo.”

O gráfico elaborado da variação da velocidade com o tempo representado abaixo permite analisar diversas características do movimento durante toda a queda. 

Considere as afirmativas a seguir:
I. A altitude do salto foi de 72 km. II. No intervalo AB o movimento é de queda livre com aceleração de 9,82 m/s² . III. Em diferentes momentos da queda a força resultante é pequena (quando comparada com outras forças que atuaram durante o salto), como nos instantes próximos à 130 s, 170 s e em boa parte do trecho entre 200 e 240 s.

Estão corretas as afirmativas: 

Do trabalho “Galileu contra a inércia circular” de Júlio C. R. de Vasconcelos é retirado o seguinte trecho:
“[...] deve-se observar que um grau de velocidade qualquer, uma vez comunicado a um móvel, imprime-se nele de forma indelével por sua própria natureza, desde que não intervenham causas externas de aceleração ou retardamento; [...] (EN, 8, p. 243; Galileu Galilei, Duas novas ciências; Trad. de L. Mariconda & P. R. Mariconda. São Paulo: Nova Stella, 1988., p. 213). (...) A título de conclusão, propõe-se que este é o enunciado que melhor caracteriza a ______ de Galileu; (...) sua decidida e firme escolha é pela afirmação da preservação do grau de velocidade, seja qual for o movimento que estiver sendo considerado.”
Fonte: Vasconcelos (Scientiae Studia v.3, n.3, p. 395, 2005).


Assinale, entre as alternativas abaixo, aquela que corretamente preencha a lacuna da citação e apresenta um parágrafo compatível com as obras galileana e newtoniana.

Os gráficos abaixo são do experimento de Stange, Dreyer e Rath - “Capillary driven flow in circular cylindrical tubes” (fluxo produzido por capilar em tubos cilíndricos de seção circular, em tradução livre), Physics of Fluids 15(9)/2003. Os experimentos são conduzidos em microgravidade no interior de uma cápsula em queda na torre de queda do laboratório Fallturm Bremen. Os dados são obtidos com o registro da altura da coluna de fluido no interior do recipiente ao longo do tempo.

Assinale a alternativa que contém afirmações consistentes considerando-se aproximações de um algarismo significativo na leitura do gráfico.

A torre Fallturm Bremen na universidade de Bremen na Alemanha (https://www.zarm.unibremen.de/en/drop-tower/generalinformation.html), parte do Centro de Tecnologia Espacial Aplicada e Microgravidade (ZARM) é um laboratório para a realização de experimentos em microgravidade. O tubo de queda tem diâmetro de 3,5 m, e o tempo de queda é de 4,7 s. 

As cápsulas têm 0,8 m de diâmetro e 2,9 m de altura. O laboratório, desde 2006, também conta com uma catapulta que pode lançar a cápsula com o experimento até o topo da torre. O interior da torre de queda é mantido em vácuo (1700 m³ de vácuo). Considerando o valor de g = 10 m/s² , analise as afirmativas a seguir e dê valores Verdadeiro (V) ou Falso (F).

( ) O trecho de queda deve ter cerca de 150m.

( ) Tanto durante o movimento de descida quanto no movimento de subida (após ser lançado pela catapulta) o interior da cápsula experimenta microgravidade, e, portanto, em alguns experimentos é possível dispor de quase 10 s de microgravidade ininterruptos.

( ) O vácuo no interior da torre é importante para que o arrasto/atrito não tire significativamente a cápsula do movimento de queda livre, o que levaria ao não cancelamento da gravidade no referencial da cápsula.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de cima para baixo. 

Em 1638 Galileu Galilei publicou o livro Discurso sobre as Duas Novas Ciências (Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno a due nuove scienze) que reúne quantidade significativa de seu trabalho nos anos anteriores. Considere as afirmativas a seguir.
I. Neste livro é apresentado o famoso experimento do plano inclinado. II. Galileu foi condenado à prisão domiciliar (perpétua) pelo tribunal da inquisição por conta desta publicação. III. As duas novas ciências são: a cinemática e o que modernamente se tornou a ciência de materiais. IV. As duas novas ciências são: a ciência aristotélica e a física clássica.

Estão corretas as afirmativas:

Processos de ionização podem ocorrer quando há interação da radiação com a matéria.
A esse respeito, assinale a afirmativa correta. 

Sobre o Sistema Solar, assinale a afirmativa incorreta.

Sobre o som, analise as afirmativas a seguir.
I. Quando uma fonte sonora se afasta de um observador, a frequência percebida por ele é maior do que a frequência do som emitido pela fonte. II. O som pode ser caracterizado como agudo ou grave, quando sua amplitude é alterada. III. O som se propaga apenas em meios materiais.
Está correto o que se afirma em

Um eletricista deseja ligar um rádio à bateria de um automóvel e protegê-lo com o auxílio de um fusível.
São propostos três modos de ligação, a seguir.
 
Para que o rádio fique protegido pelo fusível, devemos usar

Uma certa quantidade de um gás ideal ocupa um volume de 200 L sob pressão de 2,0.10⁵ Pa a 27°C.
Deseja-se elevar em 27°C a temperatura desse gás. Numa primeira tentativa aqueceu-se o gás a volume constante. Nesse caso, para obter a elevação de temperatura desejada, foi necessário fornecer-lhe uma quantidade de calor Q₁.
Numa segunda tentativa aqueceu-se o gás a pressão constante. Nesse caso, para obter a mesma elevação de temperatura foi necessário fornecer-lhe uma quantidade de calor Q₂.
A diferença Q₂ – Q₁ foi

A figura mostra uma corda na qual se propagam ondas transversais harmônicas, para a direita, com velocidade de propagação  de módulo igual a 12 cm/s.
 
Tenha em conta, como mostra a figura, que a distância entre duas cristas consecutivas é de 6 cm. Nesse caso, para ir da crista à depressão, um ponto qualquer da corda gasta

O sistema representado na figura a seguir, está em repouso. As duas esferas têm massas iguais e entre elas há uma mola ideal, aumentada em relação a seu comprimento original.


Seja  a aceleração local da gravidade.
Em um dado instante rompe-se o fio que prendia a esfera (1) ao suporte.
Imediatamente após o rompimento do fio, as acelerações  e  das esferas (1) e (2) são, respectivamente,