Questões de Vestibular Sobre física

A Teoria da Relatividade e seu criador Albert Einstein são protagonistas de diversas produções de Ficção Científica, junto com buracos negros, viagens no tempo, entre outras ideias, que fascinam as produções científicas em filmes e em seriados. No filme O Planeta dos Macacos, astronautas, após entrarem em modo de hibernação, viajam para o futuro. Em dado momento, dois relógios são mostrados: um marcando o tempo, na Terra; outro, marcando o tempo na nave. Na narrativa, a missão falha, levando os astronautas para um planeta habitado por uma sociedade de macacos. Ao saírem da nave, os relógios são novamente mostrados, quantificando os efeitos da Teoria da Relatividade Restrita, permitindo o cálculo da velocidade da nave e a duração total da viagem.

https://publicacoes.ifc.edu.br/a teoria da relatividade presente na ficção científica (adaptada)

Ao considerar que os astronautas viajaram em velocidade constante de 80% da velocidade da luz, em relação à Terra, determine quantos anos os astronautas viajariam, no referencial da Terra, se dormissem durante 120 anos, de acordo com o referencial da espaçonave. 

A ficção inspira uma questão de Física. Leia a situação que o protagonista vivencia em Canaã.

"[...] Milkau, alemão, recém-chegado, a uma colônia de imigrantes europeus, no Espírito Santo, aluga um cavalo para ir do Queimado à cidade de Porto do Cachoeiro.

Milkau deseja arrematar um lote de terra. Schultz apresenta-lhe o agrimensor, Sr. Felicíssimo, que está para ir ao Rio Doce fazer medições de terra. Milkau, desejando aí se estabelecer, decide se juntar ao agrimensor e convida Lentz para acompanhá-lo[...]"

ARANHA, Graça (1868-1931). Canaã. 3 ed. São Paulo: Martins Claret, 2013.

Agora, analise a situação sob a ótica da Física. Imagine que, após algumas horas de viagem, o agrimensor percebe estar perdido e tenta usar uma bússola magnética a 6 m abaixo de uma linha de transmissão, que conduz uma corrente constante de 180 A. Os imigrantes, entretanto, chamam a atenção para a influência que a linha de transmissão terá sobre a leitura da bússola.

Considere a permeabilidade magnética do meio 4π.10^-7 T.m/A e as informações do texto para responder à questão.

O campo magnético produzido pela linha de transmissão na posição da bússola é de

A quantização da carga elétrica foi descoberta por Robert Millikan, ao medir a carga contida em gotas de óleo. Em suas experiências, gotas de óleo caiam entre duas placas paralelas eletrizadas, como mostra a figura. 


Quando uma diferença de potencial era aplicada às placas, as gotas eram afetadas pelo campo elétrico criado entre elas. Regulando a diferença de potencial delas, Millikan conseguiu manter, em equilíbrio, algumas gotas, devido ao fato de a força do campo elétrico, criado pelas duas placas, ser igual ao peso da gota.
No experimento de Millikan, as duas placas metálicas horizontais estão fixadas a 4 mm de distância uma da outra. Nessa prática, a gota de óleo possui 24.10^-15 kg e carga elétrica positiva, de 4,8.10^-19 C.
Qual é a diferença de potencial necessária para manter essa gota em equilíbrio vertical entre as placas? Desconsidere os efeitos do ar entre as placas e adote g = 10 m/s² .

Nas olimpíadas de inverno, dentre várias modalidades esportivas, há o salto com esqui, que consiste em esquiar por uma rampa íngreme e saltar o mais longe possível. A eslovena Ursa Bogataj foi a medalhista de ouro nas Olimpíadas de Pequim 2022, saltando 108 m. A distância alcançada pela desportista, nesse salto, é equivalente ao gramado do famoso estádio do Maracanã, no Rio de Janeiro, de uma ponta a outra.

Imagine que a eslovena recebe um novo desafio: saltar numa pista de esqui que liga dois picos, com as seguintes medidas da pista: comprimento de 800 m; inclinação θ = 30°; H = 100 m; h = 82 m. A desportista eslovena parte do repouso do pico mais alto, sem usar os bastões, em direção ao pico mais baixo, conforme mostra a imagem. 

Qual o valor do coeficiente de atrito dinâmico entre a neve e os esquis, para que a esquiadora pare, exatamente, no pico mais baixo? Considere cos 30° = 0,9

Como habitante do planeta Terra, sabemos que o Sol é de suma importância para a manutenção da vida em nosso planeta. Esse axioma é cantado também pelos cancioneiros populares. A letra da canção do Bumba meu Boi, da Maioba, Se não existisse o Sol, tem o seguinte trecho:

Se não existisse o Sol

Como seria pra Terra se aquecer

E se não existisse o mar

Como seria pra natureza sobreviver [...]

Na realidade, na perspectiva da Física, se não existisse o Sol, a Terra seria totalmente congelada e, sem a massa do Sol, não haveria a força gravitacional para manter todos os planetas “presos” em órbitas. Tanto a Terra quanto a lua e os demais planetas sairiam “voando” espaço afora.

 Sabe-se que a força de atração entre a Terra e o Sol é vinte vezes maior que a força de atração entre Marte e o Sol. Por sua vez, a massa da Terra é nove vezes maior que a massa de Marte. Utilizando o Sol como referencial, a razão entre os quadrados dos raios das órbitas de Marte e da Terra é

Espelhos esféricos são amplamente utilizados em nosso cotidiano. Como exemplo, é possível citar o espelho retrovisor de um carro ou, mesmo, o espelho utilizado pelo dentista ao examinar os dentes de um paciente. Um estudante deseja montar um sistema óptico para uma feira de ciências. Tal sistema consiste em dois cilindros metálicos idênticos (objetos), porém de cores diferentes sendo um deles preto, e o outro branco, que serão colocados um sobre o outro perpendicularmente ao eixo principal de um espelho esférico côncavo, em uma sala iluminada apenas com luz monocromática verde. Sobre a imagem dos cilindros formada pelo espelho côncavo, podemos afirmar que

De modo a estudar os efeitos da presença dos dielétricos em capacitores e sua influência sobre a diferença de potencial entre os terminais deles, um estudante resolve montar um circuito simples com capacitores de valores C e 2C, ambos de placas paralelas. O circuito consiste em conectar os capacitores C e 2C em paralelo e, em seguida, o conjunto assim formado é conectado aos terminais de uma bateria capaz de estabelecer uma diferença de potencial V entre os terminais da associação. A seguir, a bateria é desconectada do conjunto, e um material de constante dielétrica K é introduzido entre as placas do capacitor C, resultando em um novo valor da diferença de potencial entre os terminais da associação. A combinação que expressa o novo valor do potencial em termos de K e V é dada por

Uma maneira de medir a massa em ambientes de microgravidade, isto é, na ausência de efeitos gravitacionais, é fazer uso de uma balança inercial. Uma balança inercial é constituída de uma suspensão elástica e um assento sobre o qual repousa o objeto cuja massa se deseja determinar. O dispositivo assim descrito funcionará como um sistema massa-mola usual e terá sua frequência natural de oscilação modificada pela presença do objeto colocado sobre o assento. Em estações espaciais, esse equipamento é utilizado para medir a massa da tripulação. Na ausência do tripulante, a balança oscila com uma frequência natural de 2Hz. Sabendo que o assento do dispositivo tem massa de 25kg e que, na presença do tripulante, este passa a oscilar com uma frequência de 1Hz, a massa em kg do tripulante é  

O sistema de unidades CGS (centímetro-grama-segundo) foi proposto em 1832 pelo matemático Carl Friedrich Gauss. Por ser inconveniente do ponto de vista prático, esse sistema foi substituído internacionalmente, para propósitos científicos, pelo sistema MKS (metro-kilograma-segundo). Um estudante deseja fazer uso de um novo sistema de unidades no qual a unidade padrão de comprimento é 5 cm, ao passo que a unidade padrão para massa é 20 g. Um objeto cuja densidade no sistema CGS seja dada por 8 g/cm³ terá, no novo sistema adotado pelo estudante, um valor numérico dado por

Blocos de construção são utilizados frequentemente em sessões de terapia ocupacional, de modo a desenvolver competências físicas e cognitivas em crianças. Esse tipo de brinquedo pode apresentar peças simples, coloridas ou de diferentes formas geométricas. Um terapeuta ocupacional, com o intuito de estimular a coordenação motora de uma criança, propõe como atividade a construção de uma torre com blocos cúbicos de peso P idênticos e de aresta A. A construção da torre deve ser realizada empilhando os blocos cúbicos que estão originalmente espalhados no chão de forma individual uns sobre os outros. O trabalho total realizado pela criança e necessário para a construção de uma torre formada por cinco blocos é expresso por

A Sociedade Astronômica Brasileira (SAB) promove anualmente dois eventos educacionais: a Olimpíada Brasileira de Astronomia (OBA) e a Mostra Brasileira de Foguetes (MOBFOG). A MOBFOG é uma olimpíada inteiramente experimental e tem como um de seus objetivos a construção e o lançamento, de forma oblíqua, de foguetes a partir de uma base de lançamento. Os foguetes e suas bases de lançamento são confeccionados de forma individual ou em equipes com até três componentes que, em geral, fazem uso de material de baixo custo. Durante um evento da MOBFOG, duas equipes resolveram adotar como estratégia de competição a utilização, em seus lançamentos, de foguetes de mesma massa, mesma velocidade de lançamento e ângulos de lançamento complementares, ou seja, uma vez conhecido o ângulo de lançamento de uma das equipes, a equipe rival utilizará o complementar desse ângulo. Desprezando-se a resistência do ar e considerando que os foguetes utilizados pelas duas equipes tenham dimensões desprezíveis, é correto dizer que  

Com as frequentes reduções de temperatura no Sul do Brasil, consumidores passam a procurar por aquecedores elétricos. Dentre os diversos modelos de aquecedores disponíveis, destacamse os termoventiladores cerâmicos ou halógenos. De modo a manter um ambiente aquecido a 20ºC, um consumidor faz uso de um aquecedor elétrico de 2000W. Suponha que a temperatura é uniforme através de toda a sala e que o calor é cedido para o meio exterior unicamente devido à presença de uma janela de vidro de 1m² e de 10mm de espessura. Sabendo que o vidro apresenta uma condutividade térmica típica de 0,2cal/(s.°C.m) e que, para efeito de cálculo, 1cal = 4J, a temperatura no meio exterior à sala em °C é de

Um motociclista trafega pela avenida Rogaciano Leite em sua motocicleta Harley-Davidson. Ao entrar em um túnel, o motociclista percebe uma diferença no som produzido pelo escapamento de sua motocicleta em virtude da reflexão do som nas paredes do túnel. O fenômeno físico associado a essa percepção do som é explicado pela

Um hobbista em eletrônica monta um circuito elétrico com resistores e uma fonte de bancada digital dotada de visor indicativo de tensão e corrente. Quando associa, em série, dois resistores e conecta o conjunto à fonte de bancada ajustada em 12 V, surge, no visor, uma indicação de corrente de 300 mA. Quando os mesmos resistores são associados em paralelos, e o conjunto, conectado à mesma fonte, a indicação no visor é 6 V para a tensão e 800 mA para a corrente. Diante desses dados, a razão entre o menor e o maior valor das resistências utilizadas pelo hobbista é

Uma fonte sonora está presa a um carrinho montadosobre trilhos. A trajetória do carrinho é circular de raio 5m, eeste completa uma volta a cada 1s. Um observador que seencontra em uma posição O, distante 10 m do centro datrajetória do carrinho, percebe uma nítida mudança nafrequência do sinal emitido pela fonte. De fato, o maiorvalor de frequência percebido pelo observador é F, ao passoque o menor valor de frequência percebido por este é f.Sabe-se que a fonte emite um sinal de 600Hz e que avelocidade de propagação do som no ar é de 330 m/s. Parao cálculo de F e f, considere os pontos de interseção dasretas tangentes à trajetória circular do carrinho e quepassam por O. Supondo, para efeito de cálculo, que π = 3, adiferença entre o maior e o menor valor da frequência emHz percebido pelo observador é de

A garrafa térmica foi inventada por Sir James Dewar em 1892 e tornou-se uma ferramenta de uso fundamental em laboratório. Após seu aprimoramento pelos fabricantes de vidro alemães Reinhold Burger e Albert Aschenbrenner, seu uso doméstico se tornou essencial na manutenção de bebidas quentes ou frias. Um cozinheiro tem à sua disposição duas garrafas térmicas idênticas de capacidade térmica desconhecida e mantidas a uma temperatura ambiente de 20°C. Uma das garrafas térmicas recebe 180g de água a uma temperatura de 60°C. Antes do preparo de um chá com água dessa garrafa, o cozinheiro verifica que a água está a 56°C, temperatura de equilíbrio. A segunda garrafa recebe 180g de água a 2°C, que será utilizada no preparo de um suco. Após equilíbrio térmico, a água na segunda garrafa estará a uma temperatura, em °C, de

Um estudante tem à sua disposição capacitores de capacitância C_x, C_y e uma fonte de bancada. A fonte de bancada é capaz de estabelecer uma diferença de potencial V fixa entre os terminais dos capacitores quando são conectados a ela de forma individual ou de forma combinada. Quando o estudante conecta o capacitor C_x inicialmente descarregado à fonte de bancada, a energia armazenada neste é X. Ao desconectar C_x da fonte e conectar C_y, também descarregado, a energia armazenada neste é Y. Se o estudante tivesse conectado à fonte de bancada um circuito simples obtido via associação, em série, dos dois capacitores C_x e C_y, ambos inicialmente descarregados, a energia armazenada no conjunto seria

Um bloco cúbico C de aresta L e de material de densidade D flutua em um líquido de densidade 2D com parte de seu volume imerso. Um bloco também cúbico, mas de aresta L/3, feito de material metálico cuja densidade é d > D, pode ser posto sobre a face livre (face superior) do bloco cúbico C sem alterar a sua estabilidade no líquido. Em virtude da presença do bloco metálico sobre C, este passa a flutuar em um nível mais baixo no líquido. Nessa situação, a distância medida a partir da face inferior de C à superfície livre do líquido é Y. O mesmo bloco metálico pode ser fixado à face inferior de C, oposta à face livre, resultando em uma nova configuração estável de C. Nessa nova configuração, a distância Z medida a partir da face inferior de C a superfície livre do líquido é tal que

Uma partícula de massa M, presa à extremidade deuma mola ideal, executa um movimento harmônico simplesde amplitude A, ao longo do eixo das abscissas Ox, comcentro das oscilações em O, origem de Ox. Sabe-se que, apartir da equação de movimento, é possível obter umarelação funcional entre a posição X da partícula, medida apartir de O, e o tempo t. De modo alternativo e porconsiderações de energia, é possível obter uma relaçãofuncional entre a velocidade V da partícula e sua posição X,medida a partir de O. Para uma amplitude A de 1m e umafrequência de oscilação de 0,5Hz, a relação procurada paraV², em termos de X, é dada por

Durante o processo de fabricação de um enfeite cúbico de material de índice de refração N desconhecido, uma bolha de ar permanece presa em seu interior. Observa-se que a bolha de ar se encontra ao longo do eixo de simetria do cubo que passa pelo seu centro e é normal a duas faces opostas. Quando observada ao longo de uma direção normal à face superior, a bolha aparenta estar a 3cm dessa face. No entanto, quando observada ao longo de uma direção normal à face, mas através da face oposta à anterior, a bolha aparenta estar a 5cm dessa face. O índice de refração do material de que é feito o cubo, sabendo que este está imerso no ar (índice de refração unitário) e tem 12 cm de aresta, corresponde a