Exercício de Física (Questões ITA 2022) com Gabarito

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Exercício de Física (Questões ITA 2022) com Gabarito

FÍSICA

ITA 2022 - QUESTÃO 01
Em 2019, no 144° aniversário da Convenção do Metro, as unidades básicas do SI foram redefinidas pelo Escritório Internacional de Pesos e Medidas (BIPM). A seguir, são feitas algumas afirmações sobre as modificações introduzidas pela redefinição de 2019.

1. São apenas sete as constantes da natureza definidas como exatas, a saber: a velocidade da luz (c), a frequência de transição de estrutura hiperfina do  Césio-133 (ΔvCs), a constante de Planck (h), a carga elementar (e), a constante de Boltzmann (kB), o número de Avogrado (NA) e a eficácia luminosa da radiação monocromática na frequência de 540 THz (Kcd).

2. São apenas seis as constantes da natureza definidas como exatas, a saber: a velocidade da luz (e), a constante de Planck (h), a carga elementar (e), a constante de Boltzmann (kB), o número de Avogrado (NA) e a eficácia luminosa da radiação monocromática na frequência de 653 THz (Kcd).

4. O protótipo de platina e irídio, conservado como padrão do kg, tornou-se obsoleto e o quilograma passou a ser definido apenas em termos de constantes fundamentais exatas.

8. As sete unidades básicas na redefinição do SI são: segundo, metro, quilograma, coulomb, mol, Kelvin e candela.

Assinale a alternativa que contém a soma dos números correspondentes às afirmações verdadeiras.

a) 2
b) 5
c) 8
d) 10
e) 13


ITA 2022 - QUESTÃO 02
A bola A, de massa m, é liberada a partir do repouso de um edifício exatamente quando a bola B, de massa 3m, é lançada verticalmente para cima a partir do solo. As duas bolas colidem quando a bola A tem o dobro da velocidade de B e sentido oposto. O coeficiente de restituição da colisão é dado por e = 0,5.

Determine a razão das velocidades, |vA/vB|, logo após o choque.

a) 0
b) 1
c) 5
d) 11
e) 13


ITA 2022 - QUESTÃO 03
Uma ponte levadiça uniforme com peso P e comprimento L é sustentada por uma corda vertical na sua extremidade B, que pode sustentar uma tensão máxima de 1,5 P. A ponte é articulada no ponto fixo A

Um homem de peso Ph começa a subir a ponte a partir do ponto A até causar o rompimento da corda.


Assinale a alternativa que contém a distância percorrida pelo homem ao longo da ponte.

a) PL/Ph
b) PhL/P
c) PL/Ph
d) 2PL/Ph
e) 3PL/Ph


ITA 2022 - QUESTÃO 04
Um garoto de massa m desliza sobre um escorregador de superfície lisa e com raio de curvatura constante dado por R. O platô superior de onde o menino inicia a sua descida encontra-se à altura H do chão.

Calcule a reação normal de contato que a rampa exerce sobre o garoto no instante iminentemente anterior à chegada aproximadamente horizontal dele ao chão.










ITA 2022 - QUESTÃO 05
Em seu experimento para medir a constante gravitacional G, Henry Cavendish utilizou uma balança de torção composta por uma haste leve e longa, de comprimento L, com duas massas m em suas extremidades, suspensa por um fio fixado ao seu centro.

Dois objetos de massa M foram aproximados às extremidades da haste, conforme mostra a figura abaixo, de tal forma que a haste sofreu um pequeno ângulo de deflexão Δφ a partir da posição inicial de repouso, e foi medida a distância b entre os centros das massas m e M mais próximos.

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Quando torcido de um ângulo φ, o fio gera um torque restaurador T = –kφ. Determine a expressão aproximada de G, em termos dos parâmetros do sistema.



ITA 2022 - QUESTÃO 06
Um fluido de densidade ρ1, incompressível e homogêneo, move-se por um tubo horizontal com duas secções transversais de áreas A1 e A2 = kA1, em que k é uma constante real positiva menor que 1.

Um elemento de volume de fluido entra no tubo com velocidade v1 na região onde a secção transversal de área é A1 e sai através da outra extremidade.

O estreitamento do tubo acontece em um curto intervalo de comprimento, muito menor do que o seu comprimento total. 

Assinale a alternativa que contém a diferença de pressão do fluido entre os pontos de entrada e saída do tubo.









ITA 2022 - QUESTÃO 07
No laboratório de mecânica, carrinhos de massas M e 2M são unidos por uma mola elástica ideal e oscilam livremente em um plano liso com período T.

A seguir, o sistema é comprimido contra uma parede por uma força F atuando sobre a massa M, conforme ilustra a figura abaixo. Nessa situação, a mola é sujeita a uma compressão l com respeito ao seu comprimento natural. Em um determinado instante, a massa M é liberada e o sistema entra em movimento.


Assinale a alternativa que contém a máxima velocidade atingida pelo centro de massa no movimento subsequente.








ITA 2022 - QUESTÃO 08
Um pesquisador mergulha uma lâmina bimetálica de latão e ferro de 5 cm de comprimento, 0,3 mm de espessura e perfeitamente plana a 20°C em um fluido para estimar a sua temperatura. Um feixe de laser incide sobre a extremidade superior da lâmina, como mostra a figura abaixo.

A extremidade inferior é mantida fixa e sempre vertical. A lâmina bimetálica encontra-se à distância  d = 20,0 cm de uma das paredes do recipiente, atravessada pelo feixe no ponto P1. O laser reflete na extremidade da lâmina bimetálica e volta a incidir sobre a mesma parede no ponto P2, distante L = 11,4 cm do ponto P1.

As lâminas superpostas têm a mesma espessura, o coeficiente de dilatação linear do latão é igual a α1 = 18 x 10⁻⁶K⁻¹ e do ferro igual a α2 = 2 x 10⁻⁶K⁻¹.


Assinale a alternativa que apresenta o intervalo contendo a melhor estimativa da temperatura do fluido.

a) 30°C ≤ T ≤ 80°C
b) 80°C ≤ T ≤ 130°C
c) 130°C ≤ T ≤ 180°C
d) 180°C ≤ T ≤ 230°C
e) 230°C ≤ T ≤ 280°C


ITA 2022 - QUESTÃO 09
Muitos instrumentos musicais, como o piano, geram sons a partir da excitação de cordas com extremidades fixas.

Ao pressionar uma tecla do piano, um dispositivo mecânico percute uma corda tensionada, produzindo uma onda sonora. O som produzido pelo piano em um determinado instante de tempo é captado e a sua decomposição espectral é fornecida no gráfico a seguir, à respeito do qual são feitas três sentenças.

I. Para gerar um espectro sonoro dessa natureza é necessário acionar 5 teclas do piano.

II. A velocidade de propagação de cada nota no ar é proporcional à sua frequência característica.

III. A frequência fundamental da corda, sujeita a uma tensão T, é inversamente proporcional à sua densidade linear de massa.


Assinale a alternativa correta.

a) As sentenças I, II e III são falsas.

b) Apenas a sentença I é verdadeira.

c) Apenas a sentença II é verdadeira.

d) Apenas a sentença III é verdadeira.

e) Apenas as sentenças I e II são verdadeiras.


ITA 2022 - QUESTÃO 10
Uma lente delgada convergente, com distância focal de  5 cm, é alinhada à frente de um espelho côncavo, de distância focal de 2 cm, de forma a compartilhar o mesmo eixo óptico. Seja x = 0 a posição do vértice do espelho e x = 8 cm a posição da lente.

Quais as posições entre os elementos ópticos em que se pode colocar um objeto de forma que nenhuma imagem seja formada na região x > 8 cm?

a) 0 cm ≤ x ≤ 2,67 cm
b) 3 cm ≤ x ≤ 6 cm
c) 3 cm ≤ x ≤ 8 cm
d) 5 cm ≤ x ≤ 8 cm
e) 6 cm ≤ x ≤ 8 cm


ITA 2022 - QUESTÃO 11
Considere uma montagem de um experimento de dupla fenda de Young, na qual as fendas estão afastadas de  d = 2,0 mm e são iluminadas por luz azul (λ = 480 nm) e amarela (λ’ = 600 nm) de mesma intensidade.

O padrão de difração resultante é projetado sobre um anteparo localizado a 5,0 m das fendas. A que distância, contada a partir da região brilhante central, uma franja verde pode ser observada no anteparo.

a) 1,2 mm
b) 1,5 mm
c) 6,0 mm
d) 9,0 mm
e) Não é possível observar uma franja verde a partir desse arranjo experimental.


ITA 2022 - QUESTÃO 12
Considere o movimento de um objeto de massa m = 1,0 g, positivamente carregado, com carga q = 20,0 μC, na presença do campo gravitacional da superfície terrestre, g, e de um campo eletromagnético dado por


em que B = 1,00 T, Ex = 100 N/C e Ez = 800 N/C. O eixo z corresponde à direção vertical para cima. Sabendo que a partícula partiu da origem do sistema de coordenada com velocidade  escrita em termos de suas componentes paralela e perpendicular a  ou seja,  sendo vII = 2,0 m/s e   = 1,0 m/s, calcule o tempo necessário para ela atingir a posição z = 1,0 m.

a) 0,33s
b) 0,66s
c) l,00s
d) l,33s
c) l,66s


ITA 2022 - QUESTÃO 13
Considere um octaedro regular cujos vértices estão todos ligados por capacitores idênticos de capacitância C.

Cada par de vértices, vizinhos ou não, está ligado por um capacitor. Calcule a capacitância equivalente entre dois vértices vizinhos do sólido.

a) C
b) 2 C
c) 3 C
d) 8 C/3
e) 8 C


ITA 2022 - QUESTÃO 14
Considere um solenoide muito longo com n1 voltas por unidade de comprimento e raio a. Situado no lado externo do solenoide, há outro solenoide de comprimento L, com n2 voltas por unidade de comprimento e raio b (b > a).

Metade do solenoide externo possui resistividade ρ1 e a outra metade ρ2. Os fios que compõem o solenoide possuem uma área transversal A e seus terminais estão ligados em curto. A corrente que passa pelo solenóide interno varia linearmente com o tempo, I = I0t.


Desprezando a auto-indutância dos solenoides, a corrente induzida no solenóide externo pode ser escrita por









ITA 2022 - QUESTÃO 15
A energia produzida pelo Sol é resultante de reações de fusão nuclear de conversão de hidrogênio em hélio. São convertidas em radiação eletromagnética a cada segundo 4,3 milhões de toneladas. Essa energia pode ser parcialmente convertida em energia elétrica em painéis solares na superfície da Terra com rendimento da ordem de 25%.

Sabendo que a potência elétrica média consumida no Brasil é de 54 GW, estime a área que precisaria ser coberta por painéis solares para atender a demanda energética nacional. Despreze perdas de armazenamento e transmissão de energia, assim como efeitos da interação entre a luz e a atmosfera.

a) 21 km²
b) 320 km²
c) 4.800 km²
d) 52.000 km²
e) 680.000 km²


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