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ENEM 2015 – Resolução das questões de Física

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CADERNO AZUL

Selecione a linha na qual está escrito “RESPOSTA:” para ver a resposta (ela está na cor do plano de fundo).

QUESTÃO 49

Um carro solar é um veículo que utiliza apenas a energia solar para a sua locomoção. Tipicamente, o carro contém um painel fotovoltaico que converte a energia do Sol em energia elétrica que, por sua vez, alimenta um motor elétrico. A imagem mostra o carro solar Tokai Challenger, desenvolvido na Universidade de Tokai, no Japão, e que venceu o World Solar Challenge de 2009, uma corrida internacional de carros solares, tendo atingido uma velocidade média acima de 100 km/h.

Captura de tela de 2015-11-08 23:05:06

Considere uma região plana onde a insolação (energia solar por unidade de tempo e de área que chega à superfície da Terra) seja de 1 000 W/m$^2$ , que o carro solar possua massa de 200 kg e seja construído de forma que o painel fotovoltaico em seu topo tenha uma área de 9,0 m$^2$ e rendimento de 30%. Desprezando as forças de resistência do ar, o tempo que esse carro solar levaria, a partir do repouso, para atingir a velocidade de 108 km/h é um valor mais próximo de

(A) 1,0 s.

(B) 4,0 s.

(C) 10 s.

(D) 33 s.

(E) 300 s.

RESPOSTA: D

QUESTÃO 50

A radiação ultravioleta (UV) é dividida, de acordo com três faixas de frequência, em UV-A, UV-B e UV-C, conforme figura.

Captura de tela de 2015-11-08 23:10:21

Para selecionar um filtro solar que apresente absorção máxima na faixa UV-B, uma pessoa analisou os espectros de absorção UV de cinco filtros solares:

Captura de tela de 2015-11-08 23:13:15

Considere: velocidade da luz = 3,0$\times$10$^8$ m/s e 1 nm = 1,0$\times$ 10$ ^{-9}$ m.

O filtro solar que a pessoa deve selecionar é o

(A) V.

(B) IV.

(C) III.

(D) II.

(E) I.

RESPOSTA: B

QUESTÃO 53

Para obter a posição de um telefone celular, a polícia baseia-se em informações do tempo de resposta do aparelho em relação às torres de celular da região de onde se originou a ligação. Em uma região, um aparelho está na área de cobertura de cinco torres, conforme o esquema.

 

 

Considerando que as torres e o celular são puntiformes e que estão sobre um mesmo plano, qual o número mínimo de torres necessárias para se localizar a posição do telefone celular que originou a ligação?

a) Uma. b) Duas. c) Três. d) Quatro. e) Cinco.

Para obter a posição de um telefone celular, a polícia baseia-se em informações do tempo de resposta do aparelho em relação às torres de celular da região de onde se originou a ligação. Em uma região, um aparelho está na área de cobertura de cinco torres, conforme o esquema.

 

 

Considerando que as torres e o celular são puntiformes e que estão sobre um mesmo plano, qual o número mínimo de torres necessárias para se localizar a posição do telefone celular que originou a ligação?

a) Uma. b) Duas. c) Três. d) Quatro. e) Cinco.

 

Entre os anos de 1028 e 1038, Alhazen (Ibn al-Haytham; 965-1040 d.C.) escreveu sua principal obra, o Livro da Óptica, que com base em experimentos, explicava o funcionamento da visão e outros aspectos da ótica, por exemplo, o funcionamento da câmara escura. O livro foi traduzido e incorporado aos conhecimentos científicos ocidentais pelos europeus. Na figura, retirada dessa obra, é representada a imagem invertida de edificações em um tecido utilizado como anteparo.

 

ZEWAIL, A. H. Micrographia of the twenty-first century: From camera obscura to 4D microscopy. Philosophical Transactions of the Royal Society A. v. 368, 2010 (adaptado).

 

Se fizermos uma analogia entre a ilustração e o olho humano, o tecido corresponde ao(à)

 

a) íris. b) retina. c) pupila. d) córnea. e) cristalino.

 

Em um experimento, um professor levou para a sala de aula um saco de arroz, um pedaço de madeira triangular e uma barra de ferro cilíndrica e homogênea. Ele propôs que fizessem a medição da massa da barra utilizando esses objetos. Para isso os alunos fizeram marcações na barra, dividindo-a em oito partes iguais, e em seguida apoiaram-na sobre a base triangular, com o saco de arroz pendurado em uma de suas extremidades, até atingir a situação de equilíbrio.

 

Nessa situação, qual foi a massa da barra obtida pelos alunos?

 

  1. a) 3,00 kg.
  2. b) 3,75 kg.
  3. c) 5,00 kg.
  4. d) 6,00 kg
  5. e) 15,00 kg.

 

As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas peças móveis são alguns dos fatores que provocam o aquecimento dos motores à combustão interna. Para evitar o superaquecimento e consequentes danos a esses motores, foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em que um fluido arrefecedor com propriedades especiais circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera.

Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para cumprir seu objetivo com maior eficiência?

  1. a)Alto calor específico.
  2. b)Alto calor latente de fusão.
  3. c)Baixa condutividade térmica.
  4. d)Baixa temperatura de ebulição.
  5. e)Alto coeficiente de dilatação térmica.

 

 

Um garoto foi à loja comprar um estilingue e encontrou dois modelos: um com borracha mais “dura” e outro com borracha mais “mole”. O garoto concluiu que o mais adequado seria o que proporcionasse maior alcance horizontal, D, para as mesmas condições de arremesso, quando submetidos à mesma força aplicada. Sabe-se que a constante elástica kd (do estilingue mais “duro”) é o dobro da constante elástica km (do estilingue mais “mole”).

A razão entre os alcances , referentes aos estilingues com borrachas “dura” e “mole”, respectivamente, é igual a

 

a) . b) . c) 1. d) 2. e) 4.

 

Um estudante, precisando instalar um computador, um monitor e uma lâmpada em seu quarto, verificou que precisava fazer a instalação de duas tomadas e um interruptor na rede elétrica. Decidiu esboçar com antecedência o esquema elétrico.

 

“O circuito deve ser tal que as tomadas e a lâmpada devem estar submetidas à tensão nominal da rede elétrica e a lâmpada deve poder ser ligada ou desligada por um interruptor sem afetar os outros dispositivos”- pensou.

 

Símbolos adotados:

 

 

Uma pessoa abre sua geladeira, verifica o que há dentro e depois fecha a porta dessa geladeira. Em seguida, ela tenta abrir a geladeira novamente, mas só consegue fazer isso depois de exercer uma força mais intensa do que a habitual.

A dificuldade extra para reabrir a geladeira ocorre porque o(a)

  1. a)volume de ar dentro da geladeira diminuiu.
  2. b)motor da geladeira está funcionando com potência máxima.
  3. c)força exercida pelo ímã fixado na porta da geladeira aumenta.
  4. d)pressão no interior da geladeira está abaixo da pressão externa.
  5. e)temperatura no interior da geladeira é inferior ao valor existente antes de ela ser aberta.

 

 

Uma análise criteriosa do desempenho de Usain Bolt na quebra do recorde mundial dos 100 metros rasos mostrou que, apesar de ser o último dos corredores ao reagir ao tiro e iniciar a corrida, seus primeiros 30 metros foram os mais velozes já feitos em um recorde mundial, cruzando essa marca em 3,78 segundos. Até se colocar com o corpo reto, foram 13 passadas, mostrando sua potência durante a aceleração, o momento mais importante da corrida. Ao final desse percurso, Bolt havia atingido a velocidade máxima de 12m/s.

 

Disponível em: http//esporte.uol.com.br. Acesso em: 5 ago. 2012 (adaptado).

 

Supondo que a massa desse corredor seja igual a 90 kg, o trabalho total realizado nas 13 primeiras passadas é mais próximo de:

 

  1. a) 5,4×102
  2. b) 6,5×103
  3. c) 8,6×103
  4. d) 1,3×104
  5. e) 3,2×104

 

Uma análise criteriosa do desempenho de Usain Bolt na quebra do recorde mundial dos 100 metros rasos mostrou que, apesar de ser o último dos corredores ao reagir ao tiro e iniciar a corrida, seus primeiros 30 metros foram os mais velozes já feitos em um recorde mundial, cruzando essa marca em 3,78 segundos. Até se colocar com o corpo reto, foram 13 passadas, mostrando sua potência durante a aceleração, o momento mais importante da corrida. Ao final desse percurso, Bolt havia atingido a velocidade máxima de 12m/s.

 

Disponível em: http//esporte.uol.com.br. Acesso em: 5 ago. 2012 (adaptado).

 

Supondo que a massa desse corredor seja igual a 90 kg, o trabalho total realizado nas 13 primeiras passadas é mais próximo de:

 

  1. a) 5,4×102
  2. b) 6,5×103
  3. c) 8,6×103
  4. d) 1,3×104
  5. e) 3,2×104

 

Uma garrafa térmica tem como função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o ambiente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa. O quadro apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura.

 

Tipo de selo Variação de temperatura
A menor que 10%
B entre 10% e 25%
C entre 25% e 40%
D entre 40% e 55%
E maior que 55%

 

Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas amostras de água, uma a 10°C e outra a 40°C, na proporção de um terço de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abre-se a garrafa e mede-se a temperatura da água, obtendo-se 16°C.

Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada?

  1. a)A
  2. b)B
  3. c)C
  4. d)D
  5. e)E

 

 

 

 

O ar atmosférico pode ser utilizado para armazenar o excedente de energia gerada no sistema elétrico, diminuindo seu desperdício, por meio do seguinte processo: água e gás carbônico são inicialmente removidos do ar atmosférico e a massa de ar restante é resfriada até -198 °C. Presente na proporção de 78% dessa massa de ar, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. A energia excedente do sistema elétrico é utilizada nesse processo, sendo parcialmente recuperada quando o nitrogênio líquido, exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica.

MACHADO, R. Disponível em: www.correiobraziliense.com.br

Acesso em: 9 set. 2013 (adaptado)

 

No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela

  1. a)expansão do nitrogênio durante a ebulição.
  2. b)absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição.
  3. c)realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
  4. d)retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento.
  5. e)liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação.

 

 

 

O ar atmosférico pode ser utilizado para armazenar o excedente de energia gerada no sistema elétrico, diminuindo seu desperdício, por meio do seguinte processo: água e gás carbônico são inicialmente removidos do ar atmosférico e a massa de ar restante é resfriada até -198 °C. Presente na proporção de 78% dessa massa de ar, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. A energia excedente do sistema elétrico é utilizada nesse processo, sendo parcialmente recuperada quando o nitrogênio líquido, exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica.

MACHADO, R. Disponível em: www.correiobraziliense.com.br

Acesso em: 9 set. 2013 (adaptado)

 

No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela

  1. a)expansão do nitrogênio durante a ebulição.
  2. b)absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição.
  3. c)realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
  4. d)retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento.
  5. e)liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação.
 

UESB 2015 – Cad 3

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Resposta à dúvida postada por felipe em :

Sobre a dúvida: “eu sempre confundo funcao de estado com calor e trabalho . me explique de uma forma mais facil por favor .”, vamos lá.

Função de estado, de forma mais ou menos simplificada, são as variáveis que depende do estado (situação atual do gás, por exemplo). Digamos que você tenha duas amostras de gás à mesma temperatura, com o mesmo volume e mesma pressão. Concorda que a pressão, temperatura e volume são variáveis (grandezas físicas) que não dependem de como você as obteve? Isso seria uma variável de estado!

Melhorando o exemplo: digamos que você aqueça o gás e o expanda, depois o comprima e o faça esfriar até a temperatura inicial. A pressão voltará a situação inicial! Logo estas três grandezas são variáveis de estado. Além delas, uma grandeza um pouco abstrata, a entropia, também é variável de estado.

Calor seria uma energia térmica que você injeta no sistema, por exemplo, acendendo uma chama próxima à um reservatório com o gás em estudo. Fornecendo calor ao gás, você fornece energia à ele.

Há outra forma de fornecer ou retirar energia do sistema sem dar calor. Esta forma é através do trabalho. Por exemplo: se você pegar uma seringa vazia, puxar o êmbolo para enche-la de ar, tapar a saída e empurrar o êmbolo com força o gás sofrerá um pequeno aquecimento. Mas olha que interessante: você aqueceu o gás sem dar calor! Você realizou trabalho sobre o gás, dando-le energia (aquecendo-o).

Espero ter ajudado na sua dúvida.

Sobre a questão 14, da provas disponível em http://www.comportall.com.br/provas/UESB2015_cad3.pdf e transcrita abaixo:

Escutam-se com frequência pedidos para que se conserve energia. De acordo com a 1$^a$ lei da Termodinâmica, a energia sempre se conserva, embora algumas formas de energia sejam mais úteis do que outras.

Com base nos conhecimentos da Termodinâmica, analise as afirmativas e marque com V as verdadeiras e com F, as falsas.

( ) O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre trabalho efetuado pela máquina e o calor recebido do reservatório quente.

( ) É possível remover energia térmica de um único reservatório e convertê-la completamente em trabalho, sem que ocorram outras mudanças.

( ) A máquina de Carnot é uma máquina reversível, que opera entre dois reservatórios, efetuando ciclos de Carnot.

( ) A entropia, tal como a pressão, o volume, a temperatura e o calor, é uma função do estado de um sistema.

A alternativa que contém a sequência correta, de cima para baixo, é a

01) F F V V

02) F V F V

03) V V F F

04) V F V F

05) V F F V

Resolução:

Primeira afirmativa: “O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre trabalho efetuado pela máquina e o calor recebido do reservatório quente.” Isto está correto, pois o rendimento se refere à eficiência da máquina, isto é, a razão entre o que se deseja obter (trabalho) e o custo pago (calor retirado da fonte quente): $$\eta=\frac{\tau}{Q_{quente}}$$

Segunda afirmativa: “É possível remover energia térmica de um único reservatório e convertê-la completamente em trabalho, sem que ocorram outras mudanças.” Falso: considero a frase um pouco imprecisa, pois na verdade seria impossível remover energia térmica e convertê-la completamente em trabalho se estivermos pensando em um ciclo termodinâmico, isto é, a cada certo intervalo de tempo o sistema retorna ao seu estado original. A afirmativa seria verdadeira se pensarmos em um processo: por exemplo, num processo isotérmico (não num ciclo) todo o calor pode ser transformado em trabalho (pela primeira lei da termodinâmica: $Q=\Delta U + \tau$). Porém o que esta questão provavelmente queria avaliar é o conhecimento do candidato sobre a impossibilidade de criar uma máquina térmica com rendimento de 100%.

Terceira afirmativa: “A máquina de Carnot é uma máquina reversível, que opera entre dois reservatórios, efetuando ciclos de Carnot.” Correto: o ciclo de Carnot é um ciclo que não altera a entropia total do universo. Sistemas cuja entropia não varia são sempre reversíveis e isto tem a ver com o fato de que é o ciclo de Carnot que possui a maior eficiência possível.

Quarta afirmativa: “A entropia, tal como a pressão, o volume, a temperatura e o calor, é uma função do estado de um sistema.” Falso: a entropia, a pressão, a temperatura e o volume são variáveis de estado, já o calor não.

RESPOSTA: 04