Questões de Física — EsFCEx 2021

Um sistema binário é constituído por duas estrelas de massas m1 e m2, separadas por uma distância d, que giram, em movimento circular e uniforme, em torno do centro de massa do sistema (CM).

Considerando que d seja muito maior do que os raios das estrelas, e sendo G a constante universal da gravitação, o período de rotação dessas estrelas é

Uma espira circular metálica está presa a um bloco feito de material isolante que comprime uma mola ideal, inicialmente impedida de se distender devido a uma trava. Quando liberada, a mola empurra o bloco, que, deslizando sobre uma superfície horizontal totalmente sem atrito, movimenta-se para a direita, fazendo com que a espira passe por dentro de uma região retangular R, onde atua o campo magnético uniforme indicado na figura Por essa espira circulará uma corrente elétrica induzida no sentido horário apenas enquanto a espira estiver

Em 1923, Arthur Holly Compton confirmou a natureza corpuscular da radiação fazendo com que um feixe de raios X incidisse sobre uma amostra de grafite e observando o aumento do comprimento de onda dessa radiação (??) em função do ângulo segundo o qual os raio X são espalhados (?). Esse aumento, chamado deslocamento Compton, é calculado pela expressão onde m é a massa dos elétrons livres da amostra-alvo. Considere que um feixe de raios X com comprimento de onda 8,88 × 10 –11 m incida sobre uma amostra de carbono e os fótons desse feixe, espalhados pelos elétrons livres da amostra, sejam observados a 60º da direção de incidência. Adotando h = 6,6 × 10 –34 J · s para a constante de Planck, c = 3,0 × 10 8 m/s e m = 9,1 × 10 –31 kg, a energia dos fótons dos raios X, após o espalhamento causado pela amostra de carbono, é

Com duas barras de espessura e largura desprezíveis, uma de aço e a outra de alumínio, foi construída uma peça metálica com a forma de uma letra “L”. A 20 ºC, a barra de aço mede 4 m e a de alumínio mede 1,5 m. A barra de alumínio tem uma de suas extremidades fixa, como mostra a figura. Sabendo que os coeficientes de dilatação térmica linear do alumínio e do aço são, respectivamente, iguais a 2,4 × 10 – 5 ºC – 1 e 1,2 × 10 – 5 ºC – 1 , se essa peça for aquecida a 120 ºC, devido à dilatação térmica, o ponto P, indicado na figura, sofrerá um deslocamento de modo que a distância entre sua posição inicial e sua posição final será de

Em um dia sem vento, um guarda de trânsito encontra-se parado em um cruzamento de uma grande cidade, quando observa a aproximação de uma a ambulância com a sirene ligada emitindo ondas sonoras com frequência de 800 Hz. Porém, devido ao movimento relativo entre a ambulância e ele, o guarda percebe o som emitido pela sirene com uma frequência aparente de 850 Hz. Considerando que a velocidade do som no ar seja de 340 m/s, a velocidade com que a ambulância se aproxima do guarda é de

Determinada massa de um gás ideal monoatômico está confinada em um recipiente munido de um êmbolo móvel e sofre a transformação ABC indicada no diagrama P × V. Para produzir essa transformação, 1 000 J de energia em forma de calor foram fornecidos a esse sistema, dos quais 360 J transformaram-se em energia interna do gás. Desprezando todas as perdas de energia, o trabalho realizado pelas forças exercidas pelo gás na transformação AB foi de

Uma corda homogênea está inicialmente em repouso na horizontal e tem sua extremidade esquerda presa em uma parede. Em dado instante, sua extremidade direita é posta para oscilar verticalmente e, dois segundos após o início das oscilações, o perfil da corda é o mostrado na figura. A velocidade de propagação das ondas nessa corda é de

Considere uma situação em que um feixe luminoso incide sobre uma lâmina d’água transparente de tal forma que parte da luz seja refratada e parte seja refletida. Nesse caso, quando a soma do ângulo de incidência com o ângulo de refração resulta em um ângulo reto, o ângulo de incidência é denominado ângulo de Brewster (?B). Nessas circunstâncias, para luz incidente não polarizada, a luz refletida torna-se polarizada, o que permite uma visão mais nítida da superfície. Nas figuras, pode-se ver duas fotografias de um mesmo lago, uma feita com uma lente não polarizada e a outra, com uma lente polarizada.

Considere que, quando um raio luminoso se propaga pelo ar e incide na superfície do lago representado na figura, o ângulo de Brewster seja ?B = 53º. Sendo nAR = 1 o índice de refração absoluto do ar e adotando sen53º = 0,8 e cos53º = 0,6, o índice de refração absoluto das águas desse lago é, aproximadamente,

A figura mostra dois condutores retilíneos muito longos e perpendiculares entre si percorridos por correntes elétricas constantes I1 e I2, tais que I1 > I2, e um ponto P, pertencente ao mesmo plano que contém os condutores. Em determinado instante, uma partícula de dimensões desprezíveis e eletrizada com uma carga elétrica positiva q passa pelo ponto P, com velocidade V⇀ , na direção e no sentido indicados na figura. Desprezando o campo magnético terrestre, quando submetida aos campos magnéticos criados pelas correntes elétricas I1 e I2, essa partícula fica sujeita a uma força magnética resultante mais bem representada em:

Determinada quantidade de gás ideal está confinada em um recipiente de volume constante, a uma temperatura inicial T0. Sabendo que, se a temperatura desse gás aumentar em 1 ºC a pressão à qual ele fica submetido aumenta em 0,4%, a temperatura inicial T0 é de

A figura 1 mostra um procedimento bastante comum em que, para recarregar a bateria de um veículo, ela é ligada a outra bateria. O circuito indicado na figura 2 é semelhante ao caso real, onde R1 = R2 = 2 ? representam os cabos e os conectores utilizados para fazer a ligação

Considerando que, nesse processo, a intensidade da corrente elétrica que circula pelo circuito é de 0,8 A, a força eletromotriz (E) da bateria que está sendo recarregada é de

As figuras mostram o fundo do mar de uma mesma região em dois momentos: na figura 1, em uma situação de maré alta e, na figura 2, em uma situação de maré baixa. Nas duas figuras, vê-se, ainda, uma pedra de dimensões desprezíveis em repouso no fundo do mar.

Considerando g = 10 m/s 2 , a densidade da água do mar igual a 1 g/cm 3 e sabendo que a diferença de pressão sobre a pedra, nas duas situações, é de 40 000 Pa, o desnível h, indicado na figura, é de

Kepler – 62e é um exoplaneta localizado na constelação de Lyra, a cerca de 1 200 anos – luz da Terra, na zona habitável de uma estrela parecida com o Sol. Foi descoberto em 2 013 com o uso do Telescópio Espacial Kepler. A massa desse exoplaneta é aproximadamente 4,5 vezes maior do que a massa da Terra, e seu raio, aproximadamente, 1,6 vez maior do que o raio da Terra. Considerando que a aceleração da gravidade na superfície da Terra seja 10 m/s 2 , e que tanto a Terra como Kepler – 62e sejam perfeitamente esféricos, a aceleração da gravidade na superfície desse exoplaneta é, aproximadamente

A taxa metabólica basal de um adulto é, em média, de 120 W. Ou seja, essa é a taxa com que esse adulto, quando em repouso, converte a energia química contida nos alimentos em energia térmica. Por serem animais homeotérmicos, os seres humanos apresentam a capacidade de controlar sua temperatura corpórea, mantendo-a aproximadamente constante. Assim, quando em repouso, devem transferir energia para o ambiente a uma taxa igual à taxa metabólica basal. Considere que uma pessoa de 80 kg esteja dormindo em um local, onde, em 2 h, a temperatura ambiente se eleva de 20 ºC para 23 ºC. Considerando a taxa metabólica basal citada anteriormente, o calor específico médio do corpo dessa pessoa é de

Considere a hipótese de que vivêssemos em uma época em que pudéssemos viajar em veículos capazes de atingir velocidades grandes e não desprezíveis em relação à velocidade da luz. Um desses veículos tem as dimensões indicadas na figura e está se movendo em uma trajetória retilínea e horizontal com velocidade v = 0,8 × c, em que c é a velocidade da luz.

Devido aos efeitos relativísticos, um observador colocado fora do veículo e parado em relação à Terra observaria as dimensões A e B como A’ e B’ de tal forma que

Uma mangueira de borracha está conectada a uma torneira como mostra a figura e, por dentro dela, a água escoa com velocidade constante v0. Na extremidade dessa mangueira, existe um bico que reduz o diâmetro do orifício de saída da água para um terço do diâmetro da mangueira e fazendo com que a água saia dela com velocidade horizontal. Sabendo que o bico da torneira está a uma altura h do solo, considerando a aceleração da gravidade local igual a e desprezando a resistência do ar, a distância x indicada na figura é igual a

Considere que, no futuro, missões tripuladas para o planeta Marte sejam possíveis. Um dos grandes problemas a serem enfrentados pelos astronautas será a radiação cósmica, partículas carregadas com alta energia emitidas pelo Sol, que podem ser letais. Uma forma de proteger os astronautas será colocar grandes esferas eletrizadas acima da região habitada por eles, capazes de produzir um forte campo elétrico suficiente para desviar a radiação cósmica. Suponha que, para repelir os elétrons provenientes de uma explosão solar, utilize-se um conjunto de esferas de 6 m de diâmetro revestidas com uma camada metálica e eletrizadas de tal forma que cada uma seja capaz de produzir um campo elétrico de intensidade 3 × 106 V/m a uma distância de 12 m de sua superfície. Considerando, para a constante eletrostática, o valor 9 × 109 N · m2/C2, a carga elétrica distribuída na superfície externa de cada esfera deverá ser de

Em um sistema planetário hipotético, existem dois planetas esféricos, A e B, de massas, respectivamente, M e 4M. Um satélite natural ? descreve, em torno de A, uma órbita cujo raio médio tem comprimento R. Um satélite natural ? descreve, em torno de B, uma órbita cujo raio médio tem comprimento 2R. Sendo T? o período de rotação do satélite ? e T? o período de rotação do satélite ?, pode-se afirmar que o valor da razão T?T? é

Um telescópio refletor é constituído por dois espelhos esféricos, I e II. O espelho I é convexo e tem raio de curvatura medindo 60 cm. O espelho II é côncavo, tem um orifício em seu centro e raio de curvatura medindo 2 m. Esses espelhos são montados da forma ilustrada na figura, de modo que, quando o telescópio é apontado para determinada estrela, sua imagem é registrada em um sensor colocado a uma distância D do espelho II.

Considerando os dois espelhos gaussianos, a distância D é

Um bloco, apoiado em um plano horizontal liso, está preso em uma extremidade de uma mola ideal que tem sua outra extremidade fixa em uma haste vertical. O bloco está inicialmente em repouso no ponto O, indicado na figura, com a mola inicialmente relaxada. A seguir, o bloco é levado até o ponto A e lá é abandonado, passando a desenvolver um movimento harmônico simples entre A e B. Os gráficos das energias cinética, potencial e mecânica desse sistema, em função da posição do bloco (x), estão correta e respectivamente representados em

Para substituir um botijão de gás vazio, é necessário desconectar o regulador fazendo-o girar no sentido anti-horário. Para isso, uma pessoa exerce, com suas mãos, duas forças sobre a haste do regulador, conforme a figura 1-a. A figura 1-b mostra detalhes de um regulador de gás. Considere que a haste de um regulador tenha comprimento L e que nas suas extremidades sejam aplicadas duas forças horizontais de mesma intensidade F, perpendiculares à haste, conforme a figura 2.

Nessa situação, o torque resultante aplicado pela pessoa sobre a haste do regulador tem intensidade

Um bloco de dimensões desprezíveis está apoiado na superfície interna de um funil que gira em torno de um eixo vertical com velocidade angular constante ?. A parede do funil faz um ângulo ? com a direção horizontal e a distância do bloco ao eixo do funil é 4,2 m. Sabendo que o coeficiente de atrito estático entre o bloco e a superfície do funil é 0,25, que sen? = 0,6, cos? = 0,8 e adotando g = 10 m/s 2 , o mínimo valor de ? para que o bloco não escorregue em relação à superfície do funil é, aproximadamente,

Uma pequena esfera de massa m e carga q = 3,2 × 10 – 5 C está suspensa por um fio ideal isolante, em equilíbrio, na região entre duas placas muito grandes, paralelas e verticais, conforme a figura. As duas placas estão eletrizadas com cargas de sinais opostos e iguais em módulo, uniformemente distribuídas por suas superfícies.

Adotando g = 10 m/s2 e sabendo que a diferença de potencial entre as placas é de 50 V, a massa da esfera é de

Considere que uma furadeira elétrica apresente, com seu rotor e suas bobinas, uma resistência interna de 4 ? e esteja sendo utilizada ligada a uma diferença de potencial de 120 V. Sabendo que, nessa situação, a furadeira recebe uma corrente elétrica de 5 A, a potência mecânica desenvolvida por ela é de