Questões de Concurso Público SEDUC-GO 2022 para Professor - Física

A termodinâmica estuda a troca de matéria e a troca de energia entre sistemas ou entre um sistema e sua vizinhança, pelo processo mecânico de transferência de energia – trabalho – e pelo processo de transferência de energia causado por uma diferença de temperatura – calor. Trabalha com os estados de equilíbrio e com as propriedades macroscópicas que caracterizam os sistemas. É estruturada em quatro princípios conhecidos como leis da termodinâmica: lei zero, associada ao conceito de temperatura; primeira lei, associada ao conceito de energia; segunda lei, associada ao conceito de entropia; e terceira lei, associada ao limite constante da entropia quando a temperatura Kelvin aproxima-se de zero.

Disponível em: <https://www.ufsm.br/cursos/graduacao/santa-maria/fisica/2020/02/21/leis-da-termodinamica/>. Acesso em: 15 ago. 2022, com adaptações.

Acerca das leis da termodinâmica, assinale a alternativa correta.

Na termodinâmica, o modelo mais simples estudado é dos gases ideais ou gases perfeitos, caracterizados pela equação geral dos gases ideais 𝑃. 𝑉 = 𝑛. 𝑅. 𝑇 (em que: P = pressão; V = volume; n = no de moles; R = constante universal dos gases; e T = temperatura absoluta).

Admita: 1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa = 1,01 x 10⁵ N.m^-2 e 𝑅 = 8,00 J.mol ⁻¹𝐾⁻¹ = 0,08 L.atm.mol ⁻¹𝐾 ⁻¹ .

O ar contido em uma sala de dimensões 5,00 m x 4,88 m x 3,00 m é considerado um gás ideal, com pressão de 1,0 atm e temperatura de 300 K.

Quantos moles de ar saem da sala caso a temperatura se eleve de 5 ºC e a pressão permaneça constante?

Uma máquina térmica tem a potência de 2.550 W, rendimento de 30% e opera a 10 ciclos por segundo. Qual é o trabalho efetuado, em Joules (𝐽), em cada ciclo?

A primeira lei da termodinâmica, associada ao conceito de energia, pode ser expressa pela diferença entre o calor absorvido e o trabalho realizado nos processos termodinâmicos.

Um gás ideal no estado inicial está com pressão de 3 atm, volume de 1 L e energia interna de 456 J, após sofrer dois processos sucessivos: um isobárico, até atingir o volume de 3 L, e outro isocórico, até atingir o estado final com pressão de 2 atm, volume de 3 L e energia interna de 912 J.

Considerando que 1 atm . L = 100,0 J, assinale a alternativa que indica qual o calor trocado durante o processo, em Joules (J).

A função de distribuição de magnitude de velocidades possíveis de um gás hipotético é expresso por 𝐹(𝑣) = . Tendo em vista que esse gás obedece à relação de Boltzmann, 𝑆 = 𝑘_𝐵 𝑙𝑛(𝐹(𝑣)), qual expressão representa a variação de entropia que o sistema sofre ao passar do estado de equilíbrio 3. 𝑣₀ para o estado, também de equilíbrio, 2. 𝑣₀?

O calor de fusão de um sólido, C_sólido, é a energia por unidade de massa necessária para fusão. Os materiais A, B e C são sólidos que estão em seus pontos de fusão. São necessários 300 J para fundir 4 kg do material A, 200 J para fundir 5 kg do material B e 240 J para fundir 6 kg do material C. Assinale a alternativa em que o calor de fusão dos três sólidos se encontra em ordem decrescente.

As quatro equações de Maxwell resumem as bases para a teoria clássica do eletromagnetismo. Essas equações são estruturadas por quatro leis: lei de Gauss para a eletricidade (que inclui a lei de Coulomb); lei de Gauss para o magnetismo; lei de Ampère-Maxwell; e lei de Faraday-Lenz, que ainda são complementadas pela lei de força de Lorentz.

Disponível em: <https://www.ufsm.br/cursos/graduacao/santa-maria/fisica/2020/02/21/leis-do-eletromagnetismo/>. Acesso em: 17 ago. 2022, com adaptações.

Em relação aos fundamentos da teoria clássica do eletromagnetismo, assinale a alternativa correta.

O fluxo magnético hipotético através de cinco faces de um cubo é conhecido a partir da equação, 𝝓𝑩 = ± 𝑊𝑏, em que 1 ≤ 𝑵 ≤ 5 representa o número da face, ordenada de 1 a 5. O fluxo é positivo (para fora) se 𝑵 é par e negativo (para dentro) se 𝑵 é ímpar. Qual é o fluxo através da sexta face do dado?

O nível sonoro (𝛽), medido em decibéis, é uma forma de mensurar como o som influencia o ouvido humano e está diretamente relacionado à taxa média por unidade de área com a qual a energia contida na onda sonora pode atravessar ou ser absorvida por meios físicos, como o ar ou as superfícies sólidas, conhecido por intensidade sonora (𝐼). O nível sonoro e a intensidade sonora estão relacionados pela expressão 𝛽 = (10 dB). log , em que 𝐼₀ é um valor de referência. Considere a situação em que o nível sonoro de uma fonte é aumentado em 20,0 dB. Com base nessas informações, assinale a alternativa que corresponde ao fator de ampliação da intensidade sonora.

Na natureza, encontram-se exemplos de sistemas físicos oscilantes que podem ser aproximados pela equação de um movimento harmônico simples, como a oscilação de um pêndulo em pequenos ângulos, a oscilação de um elétron em torno do núcleo e o deslocamento da corda de instrumentos musicais. Suponha que o deslocamento transversal de um ponto em uma corda seja descrito pela equação 𝑦 = (2 𝑐𝑚) . 𝑠𝑒𝑛[1,5 . 𝜋 − 8. 𝜋.𝑡]. Qual é o valor da frequência de oscilação dada em Hertz (Hz)?

Conforme demonstrado na figura, o laser propaga-se horizontalmente sobre um espelho plano posicionado verticalmente. Se o espelho girar em 30º sobre um eixo vertical, de quanto será o ângulo de desvio do laser em relação ao espelho?

O estudo da propagação da luz em instrumentos ópticos, tais como óculos e fibras ópticas, permitiu o desenvolvimento tecnológico utilizado para diagnósticos médicos e, posteriormente, para tratamento de doenças e correções da visão.

A respeito das teorias físicas envolvidas na propagação da luz, assinale a alternativa correta.

Os circuitos formados por resistores, capacitores e indutores, representados, respectivamente, por R, L e C, quando amortecidos, estão submetidos à força eletromotriz, 𝜀, e são exemplos de circuitos com movimento harmônico. O circuito RL em série amortecido é descrito pela equação a seguir.

𝜀

Na figura seguinte, 𝑅 = 15 𝛺, 𝐿 = 50,0 mH, a força eletromotriz da fonte ideal é 𝜀 = 10 𝑉 e o fusível ideal, com resistência igual a zero. Quando a corrente atinge o valor 4,0 𝐴, o fusível “queima” e passa a apresentar resistência infinita. A chave 𝐼 é fechada no instante 𝑡 = 0.

Com base no exposto, assinale a alternativa correspondente ao instante em que o fusível “queima”.

Fenômenos como interferência e difração são características exclusivas das ondas. A interferência é o resultado da superposição de duas ou mais ondas em um ponto e pode ser construtiva ou destrutiva. A difração é o resultado de a onda desviar ou contornar obstáculos. A interferência e a difração da luz reiteram sua natureza ondulatória. No que se refere à interferência e à difração da luz, assinale a alternativa correta.

Polarizadores, como polaroide de óculos de sol ou de lentes fotográficas, são dispositivos que selecionam uma das direções de vibração de uma onda transversal, vibrando em várias direções, enquanto as vibrações nas demais direções são impedidas de passar por esse dispositivo, originando, a partir dele, uma onda polarizada. Acerca da polarização, assinale a alternativa correta.

Os núcleos instáveis são radioativos e decaem emitindo partículas α (núcleos de ⁴He), partículas β (elétrons ou pósitrons) e raios γ (fótons). Todos os fenômenos associados à radioatividade são de natureza estatística e seguem uma lei de decaimento exponencial:

N = N₀ e^−λt ou R = λ N = R₀ e^−λt

em que a vida média é τ = ; e a meia-vida é = 0,693 τ.

Considere um pedaço de folha de prata radioativa, que segue a lei de decaimento exponencial, cuja meia-vida é = 2,5 minutos, e que, ao ser colocado próximo de um contador Geiger, observou-se, no tempo zero, 12.000 contagens/s. Tendo em vista essas informações, qual é a taxa de contagem no instante 𝑡 = 7,5 minutos?

A natureza quântica da radiação eletromagnética observada na radiação de corpo negro (teoria de Planck – 1900), no efeito fotoelétrico (teoria de Einstein – 1905) e no espalhamento Compton (teoria de Compton – 1923), entre outros, influenciou o estudo dos primeiros modelos quânticos dos átomos (teorias de Rutherford – 1911 e Bohr – 1913) e foi o início para o avanço da física quântica. Em relação aos conceitos da física quântica, assinale a alternativa correta.

Os níveis de energia do átomo de hidrogênio no modelo de Bohr estão representados nessa figura, obtidos para cada nível 𝑛 (dito estado quântico) a partir da expressão: 𝐸𝑛 = −𝑍² , onde: 𝐸₀ = 13,6 𝑒𝑉 e 𝑛 = 1, 2, 3, …

Toda vez que o elétron muda de um nível para outro, o estado quântico altera, e são emitidos ou absorvidos fótons, cujo comprimento de onda é expresso por: 𝜆 = = = , sendo que i e f representam os valores de n = 1, 2, 3, 4 ...

Considere que, inicialmente, o átomo se encontra no terceiro estado excitado, 𝑛 = 4, e que possa passar para qualquer um dos demais estados, até ficar no estado livre, 𝑛 = ∞.

Com base nessas considerações e na teoria quântica, assinale a alternativa correta.

Os núcleos possuem 𝑁 nêutrons, 𝑍 prótons e um número de massa 𝐴 = 𝑁 + 𝑍. Para núcleos leves, 𝑁 e 𝑍 são aproximadamente iguais, enquanto, para os núcleos pesados, 𝑁 é maior do que 𝑍. Os isótopos consistem em dois ou mais núcleos com o mesmo número atômico 𝑍, porém com valores de 𝑁 e 𝐴 distintos. A massa de um núcleo estável é menor do que a soma das massas de seus núcleons, soma de prótons e nêutrons. A massa atômica, 𝑀, é comumente dada em unidade de massa atômica 𝑢, e pode-se considerar a seguinte relação de conversão para energia, (1 𝑢) . 𝑐² = 931,5 𝑀𝑒𝑉, que mostra o grande potencial de armazenamento de energia nos núcleos atômicos. A diferença de massa ∆𝑚 multiplicada por 𝑐² é igual à energia de ligação 𝐸₁ do núcleo, energia necessária para sua formação, ou 𝐸₁ = (𝑍 𝑀_{𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑔ê𝑛𝑖𝑜} + 𝑁 𝑀_{𝑛ê𝑡𝑟𝑜𝑛} − 𝑀_{Á𝑡𝑜𝑚𝑜}) 𝑐² .

TIPLER, Paul; MOSCA, Gene. Física: Física-Moderna: mecânica quântica, relatividade e estrutura da matéria. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 3, com adaptações.

Considerando os dados: 𝑀_{𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑔ê𝑛𝑖𝑐} = 1,007825 𝑢, 𝑀_{𝑛ê𝑡𝑟𝑜𝑛} = 1,008665𝑢 e = 4,002603 𝑢, assinale a alternativa que indica o valor da energia de ligação do isótopo do hélio ⁴𝐻𝑒.

Seja um carro A com velocidade constante igual a 60 km/h e outro carro B com velocidade constante igual a 80 km/h. O carro B ultrapassa o carro A em determinado ponto, e os dois carros vão para o mesmo destino final. Considerando a velocidade dos carros como constante até a chegada, e sabendo que o carro A chegou apenas 5 minutos depois do carro B, o valor da distância entre o ponto de ultrapassagem e o ponto de chegada é igual a