2009-DIGPE 10 de maio de 2009

Caderno de Provas FÍSICA Edital Nº. 04/2009-DIGPE 10 de maio de 2009 INSTRUÇÕES GERAIS PARA A REALIZAÇÃO DA PROVA  Use apenas caneta esferográfica ...
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Caderno de Provas FÍSICA Edital Nº. 04/2009-DIGPE

10 de maio de 2009

INSTRUÇÕES GERAIS PARA A REALIZAÇÃO DA PROVA  Use apenas caneta esferográfica azul ou preta.  Escreva o seu nome completo e o número do seu documento de identificação no espaço indicado nesta capa.  A prova terá duração máxima de 4 (quatro) horas, incluindo o tempo para responder a todas as questões do Caderno de Provas e preencher as Folhas de Respostas.  Ao retirar-se definitivamente da sala, entregue as Folhas de Respostas ao fiscal.  O Caderno de Provas somente poderá ser levado depois de transcorridas 3 (três) horas do início da aplicação da prova.  Confira, com máxima atenção, o Caderno de Provas, observando o número de questões contidas e se há defeito(s) de encadernação e/ou de impressão que dificultem a leitura.  A quantidade de questões e respectivas pontuações desta prova estão apresentadas a seguir: Tipo de questão Discursiva Múltipla escolha

Total de questões 04 questões 20 questões

Pontuação por questão 12,5 pontos 2,5 pontos

Total de pontuação 50 pontos 50 pontos

INSTRUÇÕES REFERENTES ÀS QUESTÕES DE MÚLTIPLA ESCOLHA  Confira, com máxima atenção, se os dados (nome do candidato, inscrição, número do documento de identidade, matéria/disciplina e opção de campus) estão corretos.  Em havendo falhas na Folha de Respostas, comunique imediatamente ao fiscal de sala.  Assine, no espaço apropriado, a Folha de Respostas.  A Folha de Respostas não poderá ser rasurada, dobrada, amassada ou danificada. Em hipótese alguma, será substituída.  Para cada questão, há apenas uma resposta certa.  Transfira as respostas para a Folha de Respostas somente quando não mais pretender fazer modificações. Não ultrapasse o limite dos círculos.

OBSERVAÇÃO: As instruções referentes às questões discursivas encontram-se na capa das Folhas de Respostas Discursivas.

NOME COMPLETO:

DOCUMENTO DE IDENTIFICAÇÃO: _____________________________

CONCURSO PÚBLICO – GRUPO MAGISTÉRIO EDITAL Nº. 04/2009-DIGPE/IFRN

PARA RESPONDER AS QUESTÕES, SE NECESSÁRIO, UTILIZE OS DADOS A SEGUIR. g=10 N/kg

8

c=3 10 m/s

-34

h=6,63 10

J.s R=8,31 J/mol. K melétron = 9,11 10

31

kg

QUESTÕES DISCURSIVAS ESTAS QUESTÕES DEVERÃO SER RESPONDIDAS NAS FOLHAS DE RESPOSTAS DAS QUESTÕES DISCURSIVAS, MANTENDO O MEMORIAL DE CÁLCULO, QUANDO FOR O CASO.

1.

(12,5 pontos) Na última Mostra de Física do Rio Grande do Norte, realizada no CEFET-RN, um aluno do curso de Licenciatura em Física brincava com um sistema bloco-mola, colocado em um plano horizontal e sem atrito. Essa mola não obedecia à lei de Hooke. A massa do bloco é igual a 0,5 kg e a 

força restauradora exercida pela mola, em Newtons, é dada pela expressão F dado em metros,

= 100,0 N/m e

x

x

2

 i

, onde x é

2

= 6,0 N/m . Desprezando-se a massa da mola, determine

a) a função energia potencial U(x) desse sistema, considerando que U(0) = 0. b) o valor aproximado da velocidade do bloco na posição x = 0,2 m, supondo que esse corpo tem velocidade nula na posição x = 1,0 m.

2.

(12,5 pontos) Um asteróide de massa m se aproxima de um planeta de massa M, descrevendo uma trajetória como a indicada na figura abaixo, onde são mostrados os módulos da velocidade do asteróide, V0 e V, respectivamente, nos pontos 1 e 2. As distâncias b e d são, respectivamente, o parâmetro de impacto do asteróide no ponto 1 e a menor distância dele em relação ao planeta. Suponha que, no ponto 1, o asteróide esteja muito afastado do planeta, de tal forma que a energia potencial gravitacional do sistema asteróide-planeta seja desprezível. Admitindo que M>>m, de tal forma que o planeta esteja aproximadamente em repouso, responda às questões abaixo.

a) Quais são as grandezas físicas conservadas nessa situação?Justifique sua resposta. b) Determine o módulo da velocidade V do asteróide no ponto de maior aproximação e o valor da distância d, ambos em termos de b,V0, M e G, em que G é a constante de Gravitação Universal.

PROFESSOR_FÍSICA.DOC 1

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3.

(12,5 pontos) Uma casca hemiesférica, de raio R, está eletricamente carregada com carga Q uniformemente distribuída. Para um ponto P, situado a uma distância R do centro da casca, calcule:

a) o potencial elétrico. b) o campo elétrico.

4.

(12,5 pontos) Considere uma partícula eletricamente carregada de massa m e carga elétrica q positiva 











com uma velocidade inicial relativística v 0 v 0 i em um campo elétrico uniforme E E j , onde i e j são, respectivamente, os vetores unitários nas direções x e y. Considere também que a força elétrica é a única força que atua sobre essa partícula. Supondo-se que a partícula se encontra inicialmente na origem, determine a) a equação da trajetória descrita por essa partícula em termos de x, y, q, E, m, v0 e c, onde c é a velocidade da luz no vácuo. b) A expressão literal do trabalho realizado pela força elétrica sobre essa partícula desde o instante inicial t = 0 até um instante t qualquer, em função de q, E, m, v0, c e t.

PROFESSOR_FÍSICA.DOC 2

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QUESTÕES DE MÚLTIPLA ESCOLHA AS RESPOSTAS DESTAS QUESTÕES DEVERÃO SER ASSINALADAS NA FOLHA DE RESPOSTAS DAS QUESTÕES DE MÚLTIPLA ESCOLHA.

1.

(2,5 pontos) Uma recomendação freqüentemente encontrada nas extensões elétricas, do tipo mostrado na ilustração abaixo, é a de que ela só seja utilizada para ligar o aparelho elétrico à tomada quando a mesma estiver completamente desenrolada. O motivo da recomendação é que, dessa forma,

a)

o campo magnético, gerado no centro da extensão, é menos intenso, de acordo com a lei de indução de Faraday. b) evita-se a indução de altas tensões nos terminais da extensão, observada quando o plugue é retirado da tomada com o aparelho ainda em funcionamento. c) o campo magnético, gerado pelo fio, passa a ser predominantemente unidirecional e constante, não induzindo a produção de ondas eletromagnéticas que interfeririam no funcionamento do aparelho. d) a corrente elétrica auto-induzida no fio vai servir para aumentar o rendimento do aparelho elétrico.

2.

(2,5 pontos) No processo de fabricação do vidro comum, transparente, a adição de certos metais faz com que ele adquira colorações variadas, indo do vermelho ao violeta. Essas cores são obtidas porque o vidro, ao ser iluminado com luz branca solar, a) b) c)

absorve parte do espectro visível, e a cor observada corresponde à cor refletida pelo metal. passa a ser parcialmente refletor, refletindo a cor correspondente ao metal. interage com a luz solar, produzindo uma reação química entre o silício do vidro e o metal a ele adicionado. d) absorve parte do espectro visível, e a cor observada corresponde à cor complementar ao branco.

3.

(2,5 pontos) Nos desfiles militares transmitidos pela televisão, é comum ver uma cena em que um pelotão é liderado ao som de um tambor, tocado com uma intensidade I, com uma freqüência fixa e período igual ao intervalo de tempo do passo completo dos soldados em marcha. Em uma dessas ocasiões, percebeu-se que, no meio do pelotão, os soldados estavam levando à frente o pé esquerdo na mesma hora em que os soldados do início e do fim do pelotão levavam à frente o pé direito. Considerando-se que a velocidade do som no ar é 340 m/s e a distância entre o tambor, no início do pelotão, e o fim do pelotão seja 170m, pode-se afirmar que a freqüência das batidas do tambor e a razão entre a intensidade do som ouvido no meio do pelotão e a intensidade do som ouvido no final do pelotão valem, respectivamente, a) b) c) d)

2Hz e 2 2Hz e 4 4Hz e 2 4Hz e 4

PROFESSOR_FÍSICA.DOC 3

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4.

(2,5 pontos) Utilizando-se seus conhecimentos de Física, assinale a alternativa correta. a)

O coeficiente de dilatação de uma substância pura tem valor constante e depende, somente, da substância analisada. b) A temperatura de ebulição de uma solução salina varia no decorrer do tempo e depende da concentração da solução. c) O processo de transferência de calor entre o corpo humano, a 37°C, e o ambiente de uma cidade cuja temperatura média seja 20°C, ocorre predominantemente por condução. d) A resistência elétrica de um metal é diretamente proporcional à sua condutividade térmica.

5.

2

(2,5 pontos) Um corpo homogêneo de área de seção transversal A = 1cm é colocado em um 3 recipiente com líquido, deslocando um volume V = 0,4cm desse líquido quando está em equilíbrio. Suponha que esse corpo passe a oscilar em um movimento harmônico simples com pequenas oscilações em torno do ponto de equilíbrio. O período de oscilação desse movimento harmônico simples, em segundos, é aproximadamente igual a a) b) c) d)

6.

0,04 0,07 0,13 0,20

(2,5 pontos) Para explicar quantitativamente e qualitativamente os espectros atômicos do átomo de Hidrogênio, o físico dinamarquês Niels Bohr propôs um modelo atômico construído a partir de postulados que utilizavam hipóteses da Física Clássica e hipóteses inovadoras, que explicavam, entre outras coisas, a estabilidade do átomo. Utilizando-se esse modelo proposto por Bohr, é correto afirmar que a) o elétron do átomo de hidrogênio pode se movimentar apenas em órbitas estacionárias com 3/2 períodos Tn proporcionais a rn , onde rn são os respectivos raios dessas órbitas. b) o momento angular orbital do elétron do átomo de Hidrogênio é quantizado e o seu menor valor é zero. c) ao emitir um fóton devido à transição de um elétron de um nível mais energético para um nível menos energético, o átomo de Hidrogênio nunca se movimenta. + d) o modelo de Bohr não explica o espectro atômico do Hélio monoionizado He .

7.

(2,5 pontos) A figura abaixo mostra uma garrafa aberta preenchida por água e colocada sobre uma mesa. Inicialmente, o nível do líquido está a uma altura L em relação ao fundo da garrafa e são feitos três furos A, B e C de mesmo diâmetro no corpo dessa garrafa. Suponha que os diâmetros desses furos são tais que saem jatos de água de todos eles. Admita que esses três jatos atinjam a mesa na mesma altura em que se encontra o fundo da garrafa. Sobre essa situação física, é correto afirmar que, inicialmente,

a) b) c) d)

o jato de água de maior alcance é que sai do furo B. o jato de maior vazão e de maior alcance é o que sai do furo C. a informação sobre o jato de maior alcance depende do valor da aceleração da gravidade. se colocássemos a garrafa a uma altura H em relação à mesa e repetíssemos essa experiência, os resultados encontrados seriam os mesmos, independente do valor de H. PROFESSOR_FÍSICA.DOC 4

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8.

(2,5 pontos) O ciclo de um motor de combustão interna à gasolina pode ser aproximado pelo chamado ciclo de Otto, que é representado pelo diagrama Temperatura versus Entropia abaixo. Tal ciclo consiste em duas transformações adiabáticas e duas transformações isovolumétricas. Com relação ao ciclo de Otto apresentado no diagrama abaixo, é correto afirmar que

a) os processos isovolumétricos representados no diagrama são (1 2) e (3 4). b) em módulo, a quantidade de calor no percurso (2 3) é maior do que no percurso (4 1). c) nos trechos (1 2) e (3 4) ocorrem, respectivamente, uma expansão adiabática e uma compressão adiabática. d) a área A hachurada na figura é numericamente igual ao trabalho total realizado ao longo desse ciclo.

9.

(2,5 pontos) No ano de 1905, Einstein escreveu um artigo sobre o efeito fotoelétrico onde ele explicava todos os resultados experimentais associados a esse fenômeno que não eram explicados pelo Eletromagnetismo Clássico. Com relação ao efeito fotoelétrico e a interação fóton-elétron, é correto afirmar que a) os resultados experimentais mostram que, se o efeito fotoelétrico ocorre, a energia cinética máxima dos fotoelétrons emitidos cresce proporcionalmente à freqüência da radiação incidente. b) se o efeito fotoelétrico ocorre, toda a energia do fóton é transferida para o elétron. A transferência total de energia de um único fóton para um único elétron não é fisicamente possível se o elétron está totalmente livre. c) na sua explicação para o efeito fotoelétrico proposta em 1905, Einstein reconhece o caráter corpuscular da radiação eletromagnética e chama as partículas de luz de fótons. d) se o efeito fotoelétrico ocorre, então a corrente fotoelétrica aumenta com a intensidade da luz emitida. Esse resultado experimental não era explicado pelo Eletromagnetismo Clássico.

10. (2,5 pontos) Dois fios cilíndricos e metálicos 1 e 2, de mesmo material, têm comprimento iguais, mas o diâmetro do fio 2 é o dobro do diâmetro do fio 1. Em relação a esses condutores, é correto afirmar que a) se cortarmos o fio 1 pela metade, de modo a obtermos dois pedaços com o mesmo diâmetro do fio original, a associação em paralelo desses dois pedaços terá a mesma resistência elétrica do fio 2. b) quando submetidos à mesma tensão elétrica, o fio 1 é atravessado por uma corrente elétrica maior que a corrente elétrica que percorre o fio 2. c) as resistências elétricas desses fios são inversamente proporcionais aos seus diâmetros. d) quando submetidos à mesma corrente elétrica, o fio 2 dissipa, para um mesmo intervalo de tempo, mais energia térmica do que o fio 1.

PROFESSOR_FÍSICA.DOC 5

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11. (2,5 pontos) Um professor de Física deseja determinar a resistência elétrica R de um resistor ôhmico. Para realizar essa tarefa, ele dispõe de uma fonte de tensão elétrica ideal de força eletromotriz , um amperímetro de resistência interna RA, um voltímetro de resistência interna RV e cabos de ligação ideais. O professor monta os dois circuitos elétricos A e B (ver figura abaixo) e calcula o valor de R a partir das medidas de corrente elétrica e tensão elétrica realizadas nesses circuitos. Sobre essas duas montagens, é correto afirmar que RA

RA

A

V

RV

Circuito A

R

A

RV

V

R

Circuito B

a) a resistência elétrica do resistor, determinada a partir do circuito A, é menor que a obtida a partir do circuito B. b) para R