Questões de Concurso Público IF Farroupilha - RS 2023 para Professor EBTT - Física

A Nasa (agência espacial dos EUA) anunciou, no início deste ano, a descoberta de um planeta com tamanho parecido com o da Terra e que pode ser habitável. Chamado de TOI 700, o planeta orbita a estrela anã TOI 700, em uma zona em que é possível haver água em estado líquido, crucial para a existência de vida como conhecemos. A estrela anã TOI 700 está localizada na constelação austral de Dorado, a 100 anos-luz de distância da Terra.
(Texto adaptado de https://www1.folha.uol.com.br/ciencia/2023/01/novo-planeta-que-pode-ser-habitavel-edescoberto-pela-nasa.shtml).

Embora a distância até o sistema TOI 700 seja impraticável de ser percorrida com a tecnologia atual, em filmes de ficção científica é comum a ideia de utilizar a dobra espacial para encurtar o tempo e a distância das viagens espaciais. Considerando um cenário hipotético no qual uma espaçonave pudesse realizar o percurso em um intervalo de tempo de 20 anos contados a partir do referencial da espaçonave, podemos explorar a ideia da dobra espacial. Nesse contexto fictício, a dobra espacial permitiria encurtar o espaço-tempo e criar um "atalho" entre dois pontos distantes no espaço. Dada essa premissa, qual seria, aproximadamente, a velocidade necessária para a nave conseguir realizar essa proeza? 

O problema das moscas volantes é uma condição ocular na qual pequenos pontos ou fios escuros parecem flutuar no campo de visão de uma pessoa. Essas "moscas" são resultantes de aglomerados de proteínas ou resíduos de células que se formam no humor vítreo, uma substância gelatinosa que preenche o interior do olho. Essas alterações causam mudanças na densidade e viscosidade do humor vítreo, interferindo no trajeto da luz que entra no olho. Como resultado, ocorrem efeitos visuais percebidos pelo observador. Considerando o problema de visão descrito, a percepção das moscas volantes:

Sistemas ópticos compostos por associação de lentes desempenham um papel fundamental no ensino de física no campo da óptica geométrica. Eles são utilizados para produzir imagens com características especiais, assim como aquelas obtidas por microscópios compostos ou lunetas astronômicas. Nesse contexto, considere um caso teórico em que duas lentes delgadas, sendo elas coaxiais, são associadas com uma distância d = 15 cm entre elas. As lentes têm distâncias focais f₁ = 10 cm e f₂ = 2 cm. Qual é a vergência equivalente da associação das lentes?

A aplicação de Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) no ensino de Física é uma prática prevista na Base Nacional Comum Curricular (BNCC). Segundo a BNCC (2018), é importante que os estudantes compreendam, utilizem e criem tecnologias digitais de forma crítica, reflexiva e ética, visando se comunicar, acessar informações, produzir conhecimentos, resolver problemas e exercer protagonismo na vida pessoal e coletiva. Nesse contexto, o professor desempenha o papel de mediador, auxiliando os alunos nos melhores usos possíveis das TICs, mesmo sem necessariamente possuir conhecimento técnico específico sobre as ferramentas disponíveis. Relacione a Coluna 1 à Coluna 2, associando os recursos tecnológicos às suas respectivas descrições.
Coluna 1
1. Chatbots como ferramentas de interação. 2. Realidade virtual e aumentada. 3. Microlearning e mobile learning. 4. Gamificação.
Coluna 2
( ) Recursos que utilizam tecnologias imersivas para criar ambientes virtuais que ampliam a percepção sensorial e permitem uma experiência mais realista e interativa.
( ) Abordagem que transforma o processo educacional em uma jornada lúdica e desafiadora, incorporando elementos de jogos, como pontuação, desafios e recompensas, para engajar e motivar os estudantes.
( ) Estratégias de aprendizado que dividem o conteúdo em pequenas unidades, facilitando o acesso rápido e objetivo por meio de pílulas de conhecimento de curta duração e adaptadas ao uso em dispositivos móveis.
( ) Robôs virtuais que utilizam inteligência artificial para interagir com os alunos, respondendo a dúvidas, oferecendo suporte e fornecendo informações relevantes de forma automatizada.

A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é: 

Uma barra fina e homogênea de massa M e comprimento L está apoiada perpendicularmente à sua maior dimensão, de forma que seu centro de massa está a uma distância L/3 do ponto de apoio. Uma única força F, de módulo constante e perpendicular ao eixo da barra, é aplicada em uma das extremidades da barra, provocando sua rotação em torno do ponto de apoio, como mostra a Figura 1.



A aceleração angular adquirida pela barra, devido à aplicação da força F, é de: 

Muitos livros didáticos de física normalmente não abordam adequadamente a diferença entre medir e observar objetos em movimento relativístico em relação a um observador em repouso. Essa distinção é fundamental para compreender os efeitos visuais resultantes da teoria da relatividade restrita. Considere a seguinte situação, ilustrada na Figura 2: uma barra de espessura desprezível em relação ao seu comprimento L está fixa no sistema S' e orientada ao longo do eixo x', movendo-se na direção do eixo y com uma velocidade de módulo bc, sendo b uma constante menor do que 1 e c a velocidade da luz. Como não há movimento relativo entre S e S' na direção x, temos x = x' para qualquer instante t. A posição de um ponto qualquer da barra é medida e descrita pelo vetor r por um observador fixo em S e por r' por um segundo observador fixo em S'. As extremidades da barra estão situadas em x = x' = d e x = x' = d + L. Suponha que, em t = t' = 0, as origens dos sistemas S e S' coincidam (r₀ = r₀' = 0) e, neste instante, todos os pontos da barra passam pela ordenada y = 0, conforme medido por um observador em S. Assim, para t < 0, a barra estará com os valores medidos de y negativo, e para t > 0, estará com y positivo. 


Com base nessa situação, assinale a alternativa que descreve a imagem vista por um observador situado no ponto r = (0, 0, h) para t = 0, momento em que a posição medida dos pontos da barra indica que y = y' = 0.

Considere um cilindro condutor maciço, cujo raio é R = 5 mm. Uma corrente elétrica percorre esse cilindro ao longo de seu comprimento, com densidade de corrente cujo módulo é dado por J = 2×102/r , onde r é a distância radial a partir do centro do cilindro. Utilize a constante de permeabilidade magnética do meio como sendo μ = 4π × 10⁻⁴ T ∙ m/A para realizar o cálculo. Qual é o módulo do campo magnético gerado pelo cilindro a uma distância r = 3 mm?

Um projétil é lançado obliquamente próximo do alto de um plano inclinado, cuja inclinação com a horizontal é de 45°. O projétil é lançado com uma velocidade inicial v0 = 15 m/s, formando um ângulo de 15° em relação ao plano inclinado, e percorre uma distância d = 75 m ao longo do plano inclinado até voltar a tocá-lo próximo de sua base. Considere que não há resistência do ar sobre o corpo e quaisquer outros efeitos dissipativos que possam afetar o movimento do projétil. Utilize: g = 10 m/s², sen 15° ≅ 0,26, cos 15° ≅ 0,97, √2 ≅ 1,4, √3 ≅ 1,7. Qual é, aproximadamente, a velocidade do projétil ao final do movimento descrito?

Um dos efeitos mais interessantes da mecânica quântica é o tunelamento quântico, que se observa em sistemas como a barreira de potencial. Considere uma barreira de potencial de altura Va e largura a (cuja extremidade da esquerda está em x = 0 e extremidade da direita em x = a). Uma partícula se aproxima da barreira vinda de x < 0 com energia E < V0. A equação de Schrödinger, independentemente do tempo que descreve a onda, é dada por:


Com base no contexto, analise as assertivas abaixo e assinale a alternativa correta.
I. Os termos A e B representam a onda incidente. II. O termo C representa a onda transmitida em 0. III. O termo D representa a onda refletida em α. IV. O termo F representa a onda transmitida em α. V. O termo G representa a onda transmitida em α.

Considere um cilindro maciço, feito de material não condutor e infinitamente longo, com raio R. O cilindro tem uma densidade volumétrica de cargas não uniforme, que varia radialmente a partir do centro do cilindro, sendo dada por: p = ar 3 . Considere a constante de permissividade do meio como sendo ε. A expressão correta que determina o módulo do campo elétrico a uma distância r do centro do cilindro é:

Circuitos simples, formados por resistores e fontes de força eletromotriz, são temas constantes na educação básica, permitindo aos estudantes compreenderem os princípios fundamentais da eletricidade e suas aplicações no dia a dia. Observe o circuito misto ilustrado na Figura 3 abaixo, composto por 4 resistores e 3 fontes de força eletromotriz ideais, interligados por fios sem resistência elétrica. Um voltímetro ideal está conectado ao sistema, conforme mostrado na Figura 3.


Qual o valor indicado pelo voltímetro? 

Os copos térmicos têm se tornado bastante populares nos últimos anos, devido à sua promessa de manter bebidas geladas por um longo período, minimizando a influência do ambiente externo na temperatura do conteúdo interno. Consideremos um desses copos térmicos com uma capacidade térmica de 50 cal/°C , inicialmente a uma temperatura de 18°C . Nesse copo são adicionados 300 g de água, cuja temperatura inicial é de 5 °C, juntamente com 100 g de gelo, que está a 0°C. O calor específico da água corresponde a 1 cal/g°C e o calor latente de fusão do gelo 80 cal/g. Sabendo que a taxa de resfriamento desse copo é de 20 cal/mim, e desconsiderando quaisquer perdas térmicas devido à evaporação ou outras trocas não mencionadas, a temperatura do sistema ao final do período de uma hora será de _______ e a massa de gelo que terá sofrido fusão será de _______.
Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas do trecho acima.

Considere o ciclo termodinâmico teórico apresentado no diagrama PV, da Figura 4, no qual um mol de um gás monoatômico ideal está contido em um cilindro com pistão. O ciclo é composto por quatro etapas distintas: uma expansão isobárica (A ➝ B); uma expansão isotérmica (B ➝ C) à temperatura de 562,5 K; uma transformação isocórica (C ➝ D); uma compressão isotérmica (D ➝ A) à temperatura de 300 K. Para efeitos de cálculo, utilize a constante dos gases ideais R = 8 J/(mol · K) e In 1,5 × 105 ≅ 12. 

Considerando a situação apresentada na Figura 4, analise as seguintes assertivas:

I. O volume do gás no estado A é de 1,6 × 10⁻² m³.

II. A pressão do gás no estado C é de 10³ Pa.

III. O trabalho realizado pelo gás no processo B ➙ C é de aproximadamente 54 kJ.

IV. O trabalho realizado pelo gás no processo A ➙ B é de 210 J.

Quais estão corretas?

Considere uma fonte pontual que emite ondas eletromagnéticas com um comprimento de onda específico de 350 nm, de forma isotrópica em todas as direções, e tem uma potência de 735 W. A uma distância de 500 m da fonte, encontramos um detector de luz sensível à faixa do espectro eletromagnético emitido por essa fonte. A fim de compreender o comportamento da onda luminosa à medida que ela se propaga do ponto de emissão até o ponto de detecção, é crucial analisar a taxa de variação do campo elétrico em relação ao tempo. Para a resolução da questão, considere a constante de permissividade magnética μ_° = 4π × 10^-7 H/m , e a velocidade da luz c = 3 × 10⁸ m/s. Com base nesse cenário, qual é a máxima taxa de variação ∂E/∂t da componente elétrica da luz na posição do detector?

Carl Ransom Rogers, um psicólogo norte-americano, desenvolveu uma terapia centrada no cliente, enfatizando a importância da relação de confiança para que o paciente alcance autonomia em seu processo de cura. Para Rogers, o que é ensinado difere do que é aprendido, devido à complexidade das necessidades dos alunos e à evolução da sociedade. Para ele, as relações interpessoais são mais relevantes do que materiais ou domínio de conteúdo, e o professor deve ser autêntico e acolhedor, aceitando cada aluno como único. Analise as seguintes assertivas a respeito dos princípios na teoria de Rogers, assinalando V, se verdadeiras, ou F, se falsas.

( ) A aprendizagem significante (modificações no comportamento, na orientação da ação, nas atitudes ou na personalidade) ocorre quando a matéria de ensino é percebida pelo aluno como relevante para seus próprios objetivos.

( ) A aprendizagem que envolve mudança na organização do eu e na percepção de si mesmo é libertadora e tende a gerar aceitação.

( ) As aprendizagens que ameaçam o eu são mais facilmente percebidas e assimiladas quanto maiores forem as ameaças externas.

( ) A aprendizagem socialmente mais útil, no mundo moderno, é a do próprio processo de aprender, uma contínua abertura à experiência e à incorporação, dentro de si mesmo, do processo de mudança.

A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é:

 

Um corpo de massa m é abandonado sobre um plano inclinado com um ângulo Θ = 60° em relação à horizontal, como mostrado na Figura 5 abaixo, com um coeficiente de atrito cinético μ = 0,3. Seu centro de massa está a uma altura h acima da base do plano inclinado. Após descer o plano inclinado, o corpo entra em um loop de raio R = 2 m, onde a força de atrito é desprezível. Considere a aceleração da gravidade g = 10 m/s 2 e desconsidere a resistência do ar.


Qual é, aproximadamente, a menor altura h para que o corpo atinja o ponto mais alto do loop sem perder contato com ele? 

Gaston Bachelard, filósofo francês do século XIX, dedicou-se à filosofia da descoberta científica. Para ele, o historiador da ciência deve considerar ideias como fatos, enquanto o epistemólogo deve encarar fatos como ideias em um sistema de pensamento. No ensino elementar, Bachelard (2002) destaca a importância de extrair o abstrato do concreto, utilizando experiências para ilustrar teorias. Ele alerta que fenômenos interessantes podem envolver afetividade, prejudicando a objetividade científica. A ciência busca delinear e ordenar fenômenos, encontrando um equilíbrio entre concreto e abstrato, matemática e experiência, leis e fatos. Para isso, Bachelard valoriza experiências que fogem do comum, levando a contradições e discussões que resultam na criação de leis. Para Bachelard, o espírito científico proíbe que tenhamos uma opinião sobre:

A BNCC é um documento normativo que estabelece as aprendizagens essenciais para a Educação Básica, buscando garantir a qualidade da educação no país. Na área de Ciências da Natureza, no ensino médio, a BNCC promove o letramento científico, envolvendo Biologia, Física e Química, com competências que vão além dos conteúdos conceituais. Ela valoriza a contextualização social, cultural e ambiental dos conhecimentos, bem como a contextualização histórica da ciência e tecnologia. O objetivo é desenvolver o pensamento científico dos estudantes, estimulando o protagonismo, a abordagem investigativa e a apropriação de linguagens próprias da área para que se tornem cidadãos críticos e responsáveis em relação a questões científicas e tecnológicas. Sobre a BNCC para a etapa do Ensino Médio, analise as assertivas abaixo:
I. A competência específica 1 trata da análise de fenômenos naturais e processos tecnológicos com base nas interações entre matéria e energia, buscando propor ações que aprimorem processos produtivos, minimizem impactos socioambientais e melhorem as condições de vida em âmbito local, regional e global.
II. A competência específica 2 trata da construção de argumentos com base em dados, evidências e informações confiáveis visando negociar e defender ideias e pontos de vista que promovam a consciência socioambiental e o respeito a si próprio e ao outro, acolhendo e valorizando a diversidade de indivíduos e de grupos sociais, sem preconceitos de qualquer natureza.
III. A competência específica 3 trata da investigação de situações-problema e avaliação de aplicações do conhecimento científico e tecnológico no mundo, propondo soluções que considerem demandas locais, regionais e/ou globais, e comunicando suas descobertas e conclusões a públicos variados, utilizando procedimentos e linguagens próprias das Ciências da Natureza.

Quais estão corretas? 

No estudo da física, diferentes teorias científicas têm sido desenvolvidas para explicar fenômenos físicos em escalas diversas desde o macroscópico ao subatômico. Entre elas, destacam-se a mecânica newtoniana, a teoria da relatividade e a mecânica quântica. Cada uma dessas teorias tem seus princípios e fundamentos próprios, possibilitando uma compreensão profunda dos fenômenos em seus respectivos domínios de aplicação. Entretanto, é importante destacar que essas teorias também têm limites em suas aplicações. A respeito do assunto abordado, analise as assertivas a seguir:
I. A mecânica clássica não apresenta os mesmos resultados experimentais quanto à detecção, a nível do mar, dos múons, oriundos de interações da radiação cósmica com os constituintes da alta atmosfera, sendo necessário recorrer à relatividade para obter a concordância com os dados.
II. Na mecânica clássica, os resultados são determinísticos, enquanto na mecânica quântica, são estatísticos. A incerteza nas medidas dos fenômenos microscópicos ocorre devido ao colapso da função de onda causado pelo processo de observação, estabelecendo o limite entre as duas teorias, tornando ambas válidas para descrever o sistema.
III. Na teoria da relatividade desenvolvida por Einstein, que utiliza as transformadas de Lorentz, foi necessário alterar a definição do momento linear clássico de partículas em um sistema isolado, pois ele não se conservava.
Quais estão corretas?

De Broglie postulou em 1924 que todas as partículas apresentam um comportamento ondulatório associado a um comprimento de onda, conhecido como o comprimento de onda de De Broglie, o qual é proporcional à massa e velocidade da partícula. Esse fenômeno foi experimentalmente confirmado por Davisson-Germer, em 1927, ao observarem a difração de elétrons ao atravessarem uma fina camada de níquel, cuja distância intermolecular é de 0,254 nm. Em nosso universo cotidiano, objetos macroscópicos não exibem comportamento de difração, pois seus comprimentos de onda de De Broglie são extremamente pequenos para situações do dia a dia. Vamos supor que estejamos em um universo fictício no qual a constante de Planck possui um valor diferente, denotada por h ′ = 1,25 × 10⁻¹⁷ J ∙ s. Nesse universo fictício, um objeto de massa m = 90 mg e velocidade v = 0,55 mm/s difrataria ao atravessar uma fina camada de níquel?