Questões de Concurso Para física

As contribuições de Einstein para a ciência trouxeram uma grande quantidade de quebra de paradigmas na medida em que ele esteve envolvido diretamente no tratamento dos fenômenos que expuseram os limites de escala de validade da mecânica clássica (notadamente com respeito à cinemática, à mecânica e à gravitação, tendo ainda contribuição significativa na mecânica estatística e a descrição de fenômenos complexos como o movimento browniano).
Considere as afirmações a seguir que representam fenômenos experimentais que as contribuições Einstein estão relacionadas.
I. O tempo nos satélites de GPS passa de forma diferente que na Terra devido a velocidade e distância que orbitam. Para garantir a sua precisão de operação e funcionalidade é necessário a inclusão das correções relativísticas na contagem do tempo. II. A descoberta de Urano só foi possível a partir dos cálculos da Relatividade Geral, que indicaram a posição do planeta a ser explorada pelos telescópios. III. A cinemática relativística foi incorporada à teoria quântica moderna na medida em que elétrons em átomos pesados, principalmente em níveis eletrônicos mais profundos, podem apresentar valores altos para o momento. IV. Einstein é famoso pelo desenvolvimento do chamado princípio de incerteza, que ficou conhecido pelo experimento do gato de Schroedinger - que guarda relação até mesmo com a promissora tecnologia dos computadores quânticos.

Dentre as alternativas, assinale aquela que corretamente identifica as afirmações que consistem de interpretações adequadas e que representam quebras de paradigma da produção científica vindos do trabalho de Einstein. 

As equações de Maxwell descrevem todos os fenômenos eletromagnéticos em escala macroscópica, trouxeram uma revolução conceitual com a introdução da realidade dos campos e ainda revelaram a natureza da luz, como radiação eletromagnética.
Considere as afirmativas a seguir sobre a teoria de Maxwell.
I. Variações temporais no campo elétrico local produzem variações no campo magnético local, e vice-versa. II. Uma corrente elétrica constante gera um campo magnético ao seu redor que, por sua vez, gera um campo elétrico, que gera novamente um campo magnético e assim por diante. Esse é o princípio de geração de uma onda eletromagnética. III. Maxwell utilizou leis empíricas para a formulação de sua teoria mas a partir da teoria identificou um fenômeno que não havia sido medida anteriormente que resultou na Lei de Ampère-Maxwell. IV. A lei de Faraday relaciona campos magnéticos com tensão elétrica.

Estão corretas as afirmativas: 

A interferometria é uma das técnicas experimentais que mais impactaram a metrologia. Atualmente é empregada progressivamente para ampliar a precisão de medidas como a de massa, tendo participado, em 2019, da redefinição da massa no do sistema internacional de unidades. Na imagem abaixo vemos uma figura ilustrativa de uma balança que usa interferometria. Considere uma balança acoplada a um sistema óptico que ao se deslocar causa diferença no caminho de ida e volta de um feixe de laser vermelho fazendo-o interferir sobre o sensor que capta o feixe de referência e aquele que teve seu caminho óptico alterado.

Assinale a alternativa que apresenta a escala do menor deslocamento da balança que poderia ser medida a partir da ocorrência de interferência destrutiva completa sobre o detector que registra a intensidade do feixe resultante da interferência de um laser que emite no vermelho com comprimento de onda de 700 nm. Admita que o registro temporal do deslocamento da balança não seja um problema e entenda como escala o valor que mais se aproxima em ordem de grandeza (potência de 10) do resultado.

Considere um teste em que uma pessoa fará testes com espelhos: um plano e outro côncavo. A montagem é apresentada abaixo onde o emoji representa a pessoa, o coração é o objeto, ambos mantidos fixos. As dimensões e características físicas do observador e do objeto não devem ser consideradas, assim como questões de altura e posicionamento que não estejam contidas no corte do plano indicado, que contém todos os raios de luz relevantes à análise. Os espelhos são representados por linhas sólidas e um espelho substitui o outro na posição indicada em cada teste. O espelho convexo tem em C seu centro de curvatura, e as linhas tracejadas são uma referência sugerida. 

Assinale a alternativa que tem uma afirmação correta.

A imagem abaixo é de um estudo do tratamento de câncer por nanopartículas magnéticas em que o campo magnético de imãs de neodímio são aplicados nas cobaias para concentrá-las na região dos tumores. 

Considerando, a partir da leitura desses dados, uma estimativa adequada para o valor do campo magnético (T), com um algarismo significativo, à uma distância de 10mm da superfície do ímã. Assinale a alternativa que apresenta uma estimativa adequada da corrente elétrica que seria necessária para produzir em um fio longo a essa mesma distância um campo desta mesma intensidade. Aproxime a constante magnética do ar pelo valor do vácuo: 4Π10^-7 H/m. 

Considere o experimento mental em que uma pessoa segurasse duas esferas, cada uma carregada com uma carga de 1,0C, separadas por uma distância de 100 cm. A intensidade da força elétrica entre essas esferas e o valor aproximado de massa na Terra que tem força peso equivalente a essa força (considere g=10m/s² ) é:

Nas imagens abaixo temos a representação lateral e frontal de um tubo de raios catódicos. Na visão lateral (imagem de cima) o feixe de elétrons (tracejado) parte da esquerda e incide sobre a tela de fósforo à direita (e emite luz visível).

Quando não há aproximação do imã ou de um campo magnético suficientemente intenso o feixe atinge o centro da tela.

Com o intuito de desviar o feixe, foi realizada uma sequência de aproximação dos pólos norte (N) ou sul (S) de um ímã na região do tubo próximo de onde ele se alarga (linha pontilhada no diagrama). Os cortes transversais A, B, C e D, tanto da tela quanto da região pontilhada coincidem. A sequência de experimentos é indicada na tabela: primeiro foi aproximado o pólo norte do ímã pelo lado A, depois o mesmo pólo pelo lado B, em seguida o pólo sul pelo lado C e por último o pólo norte pelo lado D.


Assinale a alternativa que preencha corretamente a última linha da tabela com a indicação da posição do ponto luminoso produzido na tela, utilizando a mesma referência dos pontos A, B, C e D, em cada situação da sequência (1, 2, 3 e 4) em que é observado. 

A expansão rápida de um gás caracteriza uma transformação adiabática quando ocorre o resfriamento do gás sem que haja tempo para perdas de calor. Sua aplicação em refrigeradores é bastante conhecida, bem como efeitos cotidianos como no ar que sai das latas de spray é mais frio, quando assopramos as mãos, e em inúmeros processos ligados aos fenômenos atmosféricos.

Considere uma quantidade fixa de um gás ideal que passa por uma expansão adiabática e tem sua temperatura reduzida pela metade. Assinale a alternativa que indica a melhor aproximação para a razão entre os volumes final e inicial (V₂ / V₁), necessária.

O rendimento típico de motores de combustão interna como automóveis é próximo a 33%. Uma máquina de Carnot com esse rendimento operando com um reservatório de calor à 1527ºC (temperatura semelhante à produzida pela combustão no interior do cilindro).
Assinale a alternativa que indica o valor da temperatura aproximada que deve estar a fonte/reservatório frio para que essa máquina de Carnot tenha essa mesma eficiência. 

Um vídeo do canal Veritasium sobre a importância dos campos do eletromagnetismo clássico serem importante na compreensão dos circuitos elétricos gerou grande adesão dos produtores de conteúdo em torno da solução usando campos e a Teoria dos Circuitos Elétricos.

Um dos modelos trazidos à discussão está representado na figura - um capacitor ideal é mantido à tensão constante por uma bateria (distante o suficiente para não perturbar o campo elétrico uniforme em seu interior). Estão representados três campos vetoriais: o campo elétrico, campo magnético e o vetor Poynting (proporcional ao produto vetorial dos outros dois).

O vetor de Poynting, tem unidade de W/m² , e é proporcional ao produto vetorial do campo elétrico (E) e magnético (B). O que faz com que o cálculo de seu fluxo sobre uma superfície em torno do fio leve à unidade de potência. Disso chega-se à expressão P = VI, da teoria de circuitos.
Considerando que  T.m/A e que  8,854187817.10^-12 C²/(N.m² ), assinale a alternativa que contém a expressão que permite determinar o vetor de Poynting (S) nas condições do problema.

Os oceanos são um exemplo de fenômeno complexo cuja análise hoje incorpora muito da linguagem da física moderna como a análise espectral (popularizada em problemas como o do espectro do corpo negro).

No gráfico abaixo extraído do canal de ciência Veritasium, é apresentada a composição de frequências de onda (espectro) de três regiões distintas do Oceano Atlântico: Mar do norte (pico bastante pronunciado), atlântico médio (pico intermediário) e atlântico norte.

Os espectros são obtidos a partir do sensoriamento das oscilações das ondas ao longo do tempo (em m) em cada região. 

Considere as afirmativas a seguir.

I. A técnica muito importante para decomposição das frequências de um sinal, utilizada em praticamente todas as áreas da ciência moderna, foi desenvolvida originalmente no trabalho de Joseph Fourier estudando inicialmente a propagação de calor.

II. Ondas no mar tem sua velocidade de propagação dependente da profundidade local.

III. Se um observador observa uma onda superficial (harmônica, bem definida) se deslocando em um trecho com velocidade de cerca de 10m/s com a frequência igual àquela mais presente nos espectros de todas as regiões, então a distância entre duas cristas sucessivas está na escala de 1m (metro).

Estão corretas as afirmativas: 

No VI Congresso Nacional de Educação em 2019, os graduandos/UFPE, Emerson S. da Silva, Lucas S. Costa, Ádriel D. J. Farias, Maria C. O. da Silva, apresentaram um estudo onde estudam o choque conceitual entre duas matrizes distintas do pensamento humano sobre a natureza. Abordam a similaridade entre essas concepções e as respostas dadas por estudantes do ensino médio e do primeiro ano do curso de Licenciatura em Física. Ao seguinte experimento mental.
“Um rapaz do alto de um mastro abandona uma pedra enquanto o navio está se movendo com velocidade constante. Desprezando o efeito do ar (vento) durante o movimento de queda, essa pedra cairá no pé do mastro, atrás ou à frente dele?”

Deste trabalho são extraídas (ou adaptadas) as afirmações seguintes, que tanto podem corresponder à citação dos pesquisadores, Apud, ou citação dos estudantes que participaram das atividades:
I. “A pedra cairá atrás do mastro, porque durante o tempo de queda da pedra o navio ____.” II. “Cairá ______, porque esta questão parte do princípio da inércia que afirma que todo corpo parado permanece parado e todo corpo em movimento permanece em movimento uniforme.” III. “______ de fato não reconheceu a ideia de inércia, porque deixou de imaginar como seria o movimento ______. Em sua experiência, todo movimento estava sujeito a resistência e ele fez deste o fato central de sua teoria do movimento.” IV. Título do Trabalho: “______ vs ______: uma análise criteriosa sobre o movimento dos corpos.”

Apesar das lacunas, todas essas afirmações são muito similares ao que se transmite no ambiente do ensino de física formal, remetendo ao debate entre os defensores de posições em torno dessa questão. Assinale dentre as alternativas aquela que preenche com termos adequados (em ordem respectiva quando houver mais de um) que se pode inferir pelo contexto.

Um alicate tem 1m de braço até a articulação e sua cabeça tem 10 cm de tamanho (medida entre o seu extremo e a articulação).

Considere as seguintes situações em que se pedem quantidades a serem calculadas. Lembre-se kgf: quilograma-força, tf: tonela-daforça.

I. Se uma força de 1000N é aplicada no seu extremo, a força disponível para o corte na extremidade da cabeça do alicate é ______.

II. Se for necessária uma força de 2 tf (toneladaforça) será necessária uma força de ______.

Assinale a alternativa que corretamente identifica os valores que devem preencher os espaços, respectivamente. 

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.