Questões de Concurso Para física

O campo elétrico é um campo vetorial, ou seja, consiste em uma distribuição de vetores, um para cada ponto ao redor de um objeto eletricamente carregado. Por princípio, define-se o campo elétrico pela colocação de uma carga elétrica psotiva q_o, chamada carga de prova, em algum ponto P próximo a um objeto eletricamente carregado. Então, mede-se a força elétrica F que age sobre a carga de prova. A direção do campo elétrico E (naquele ponto P), em razão do objeto eletricamente carregado, será a mesma direção da força F, enquanto o módulo do campo elétrico E é definido pela equação: 

A Primeira Lei da Termodinâmica estabelece que a variação da energia interna (ΔU) de um sistema é dada pela diferença entre o calor trocado com o ambiente (Q) e o trabalho realizado no processo termodinâmico (W), da seguinte forma: ΔU = Q - W. Assim, quando o trabalho realizado pelo sistema for igual ao calor fornecido a ele, haverá uma transformação

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?

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?

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? 

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?

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?

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.

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? 

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:

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?

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?

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.

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: 

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?

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:

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? 

Sabendo-se que a sensação de cor que é produzida pela luz é relacionada aos diferentes comprimentos de ondas e intervalos espectrais, marque a alternativa incorreta: