Vila do Renan: Renan comenta: Enem 2015

Boas pessoal. Vamos dar uma olhada na prova de Física do Enem de 2015, uma prova que deu no que falar!
O número de cada questão em sua respectiva cor de caderno está identificado com as legendas:
Azul Amarelo Rosa Branco

Bora pra action?

Questão 49 78 90 88

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.

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/m², 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 m² 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.

Resolução

A potência útil, ou seja, a que será realmente utilizada pelo carro pode ser encontrada por:

Pot = 1 000 (W/m²) × 9,0 m² × 30%
Pot = 2 700 W

O trabalho resultante (energia total consumida) pode ser encontrado pelo Teorema da Energia Cinética (TEC). Cuidado que a velocidade de 108 km/h é igual a 30 m/s!

Resposta: D

Questão 50 88 74 84

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

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

Considere:

velocidade da luz = 3,0 × 10⁸ m/s e 1 nm = 1,0 × 10^-9 m.

O filtro solar que a pessoa deve selecionar é o

(A) V (B) IV (C) III (D) II (E) I

Resolução

Para podermos comparar os filtros, temos que calcular o comprimento de onda mínimo e o máximo das frequências UV-B.

v = λ × f ⇒ λ = v/f

λ_min = 3,0×10⁸/1,03×10¹⁵ ≈ 2,9×10^-7 m

λ_min = 290 nm

λ_máx = 3,0×10⁸/9,34×10¹⁴ ≈ 3,2×10^-7 m

λ_máx = 320 nm

Entre a faixa de 290 a 320 nm, a maior absorção será feita pelo filtro IV.

Resposta: B

Questão 53 46 70 82

Certos tipos de superfícies na natureza podem refletir luz de forma a gerar um efeito de arco-íris. Essa característica é conhecida como iridescência e ocorre por causa do fenômeno da interferência de película fina. A figura ilustra o esquema de uma fina camada iridescente de óleo sobre uma poça d’água. Parte do feixe de luz branca incidente (1) reflete na interface ar/óleo e sofre inversão de fase (2), o que equivale a uma mudança de meio comprimento de onda. A parte refratada do feixe (3) incide na interface óleo/água e sofre reflexão sem inversão de fase (4). O observador indicado enxergará aquela região do filme com coloração equivalente à do comprimento de onda que sofre interferência completamente construtiva entre os raios (2) e (5), mas essa condição só é possível para uma espessura mínima da película. Considere que o caminho percorrido em (3) e (4) corresponde ao dobro da espessura E da película de óleo.

Expressa em termos do comprimento de onda (λ), a espessura mínima é igual a:

(A) λ/4 (B) λ/2 (C) 3λ/4 (D) λ (E) 2λ

Resolução

Segundo o blog Os Fundamentos da Física do grande Professor Nicolau:

A diferença de caminho entre as ondas que se superpõem é o dobro da espessura E da lâmina. Sendo a interferência construtiva, temos:

2E = i.λ/2, sendo i = 1, 3, 5, ...

A espessura mínima corresponde a i = 1:

2E = 1.λ/2 => E = λ/4

Resposta: A

Questão 57 71 64 80

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

(A) expansão do nitrogênio durante a ebulição.

(B) absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição.

(D) retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento.

(E) liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação.

Resolução

Para que o nitrogênio consiga passar para o estado líquido, é necessário resfriá-lo a uma temperatura absurdamente baixa. Tal processo comprime o gás, diminuindo seu volume, por causa da realização de trabalho sobre o gás. Isso é o que provoca o armazenamento da energia.

Perceba que as alternativas A e E falam da expansão e da liberação de calor. Esses processos já seriam o oposto do que foi pedido, uma vez que o gás estaria "devolvendo" a energia armazenada. A alternativa B é contraproducente consigo mesma, e a D não faz sentido algum.

Resposta: C

Questão 63 51 78 66

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)

(A) volume de ar dentro da geladeira diminuiu.

(B) motor da geladeira está funcionando com potência máxima.

(D) pressão no interior da geladeira está abaixo da pressão externa.

(E) temperatura no interior da geladeira é inferior ao valor existente antes de ela ser aberta.

Resolução

Quando abrimos a geladeira, o ar externo, mais quente que o interno, entra na geladeira sendo resfriado a um volume constante, o que provoca redução em sua pressão, ficando menor que a pressão externa.

Para reabrir a geladeira, é necessário fazer uma força maior que o habitual para compensar a diferença de pressão.

Resposta: D

Questão 64 52 79 67

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 a 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 12 m/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

a) 5,4 × 10² J.

b) 6,5 × 10³ J.

c) 8,6 × 10³ J.

d) 1,3 × 10⁴ J.

e) 3,2 × 10⁴ J.

Resolução

Mais uma vez teremos que utilizar o Teorema da Energia Cinética para encontrar nossa resposta:

Resposta: B

Questão 65 82 59 72

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.

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?

(A) A (B) B (C) C (D) D (E) E

Resolução

Primeiro, calculamos a temperatura final de equilíbrio, considerando apenas trocas de calor entre as amostras de água:

Q_fria + Q_quente = 0

(m/3) × c_água × (T_f - 10) + (2m/3) × c_água × (T_f - 40) = 0

T_f = 30 °C

Agora basta achar a variação da temperatura em termos percentuais:

∆T = 30 - 16 = 14 °C

Variação percentual = 14/30 ≈ 0,47 = 47%

O selo que deve ser posto na garrafa é o D.

Resposta: D

Questão 68 80 49 63

Um estudante, precisando instalar um computador, um monitor e uma lâmpada em seu quarto, verificou que precisaria 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:

Qual dos circuitos esboçados atende às exigências?

Resolução

Para que as tomadas e a lâmpada recebam a tensão nominal da rede elétrica, é necessário que elas estejam ligadas em PARALELO com a rede. Além disso, o interruptor deve estar ligado em série com a lâmpada quando fechado e em paralelo com as tomadas quando aberto, de modo que, quando acionado, interfira apenas no funcionamento da lâmpada, sem prejudicar as tomadas.

O único que se encaixa nas exigências é o da alternativa E.

Resposta: E

Questão 70 59 53 60

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 k_d (do estilingue mais “duro”) é o dobro da constante elástica k_m (do estilingue mais “mole”).

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

(A) 1/4. (B) 1/2. (C) 1. (D) 2. (E) 4.

Resolução

Temos que k_d = 2k_m, então, segue que:

Nesse problema, a energia potencial elástica transforma-se em energia cinética:

Porém, a deformação não é constante. A força elástica que será igual nas duas situações, então vamos achar a deformação em função de Fel (força elástica):

A velocidade do lançamento então será:

O alcance D, num lançamento oblíquo, é dado pela seguinte equação:

Agora você pode perceber porque deixamos as velocidades elevadas ao quadrado!

Agora basta calcular a razão D_d/D_m conforme pediu-se:

Portanto:

Resposta: B

Questão 73 53 66 68

A bomba reduz nêutrons e neutrinos, e abana-se com o leque da reação em cadeia.

ANDRADE C. D. Poesia completa e prosa. Rio de Janeiro.

Aguilar, 1973 (fragmento).

Nesse fragmento de poema, o autor refere-se à bomba atômica de urânio. Essa reação é dita “em cadeia” porque na

a) fissão do ²³⁵U ocorre liberação de grande quantidade de calor, que dá continuidade à reação.

b) fissão de ²³⁵U ocorre liberação de energia, que vai desintegrando o isótopo ²³⁸U, enriquecendo-o em mais ²³⁵U.

c) fissão do ²³⁵U ocorre uma liberação de nêutrons, que bombardearão outros núcleos.

d) fusão do ²³⁵U com ²³⁸U ocorre formação de neutrino, que bombardeará outros núcleos radioativos.

e) fusão do ²³⁵U com ²³⁸U ocorre formação de outros elementos radioativos mais pesados, que desencadeiam novos processos de fusão.

Resolução

Na bomba atômica de urânio, o átomo de urânio é bombardeado com um nêutron, e se desintegra em outros dois elementos e ainda libera mais 3 nêutrons que vão bombardear mais 3 átomos de urânio e assim sucessivamente, dando continuidade à reação.

Alguns exemplos de reações:

₀n¹ + ₉₂U²³⁵ → ₅₆Ba¹⁴⁰ + ₃₆Kr⁹³ + 3 ₀n¹

₀n¹ + ₉₂U²³⁵ → ₃₅Br⁹⁰ + ₅₇La¹⁴³ + 3 ₀n¹

₀n¹ + ₉₂U²³⁵ → ₅₀Sn¹³¹ + ₄₂Mo¹⁰² + 3 ₀n¹

Resposta: C

Questão 75 55 68 70

Será que uma miragem ajudou a afundar o Titanic? O fenômeno ótico conhecido como Fata Morgana pode fazer com que uma falsa parede de água apareça sobre o horizonte molhado. Quando as condições são favoráveis, a luz refletida pela água fria pode ser desviada por uma camada incomum de ar quente acima, chegando até o observador, vinda de muitos ângulos diferentes. De acordo com estudos de pesquisadores da Universidade de San Diego, uma Fata Morgana pode ter obscurecido os icebergs da visão da tripulação que estava a bordo do Titanic. Dessa forma, a certa distância, o horizonte verdadeiro fica encoberto por uma névoa escurecida, que se parece muito com águas calmas no escuro.

Disponível em: http://apod.nasa.gov. Acesso em: 6 set. 2012 (adaptado).

O fenômeno ótico que, segundo os pesquisadores, provoca a Fata Morgana é a

(A) ressonância.

(B) refração.

(D) reflexão.

(E) difusão.

Resolução

Essa foi uma questão polêmicas pois muitos professores ficaram divididos em relação à resposta. Segundo o blog Os Fundamentos da Física do grande professor Nicolau:

A luz refletida pela água fria sofre refração ao atravessar uma camada de ar quente. A refração é sempre acompanhada de reflexão. Esta pode ou não ser total. A falsa parede de água que aparece no horizonte molhado, obscurecendo os icebergs da visão da tripulação que estava a bordo do Titanic, é o resultado da refração e posterior reflexão da luz.

O principal fenômeno do qual resulta a reflexão é a refração da luz.

Resposta: B

Questão 79 67 82 58

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?

(A) Alto calor específico.

(B) Alto calor latente de fusão.

(D) Baixa temperatura de ebulição.

(E) Alto coeficiente de dilatação térmica.

Resolução

Para que o fluido absorva muito calor sem sofrer grandes variações de temperatura é necessário que ele tenha um alto calor específico. Assim ele pode efetuar as trocas de calor para a atmosfera ao passar pelo radiador.

Resposta: A

Questão 82 63 85 54

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?

(A) 3,00 kg (B) 3,75 kg (C) 5,00 kg (D) 6,00 kg (E) 15,00 kg

Resolução

Como a barra é homogênea, o peso dela está situado exatamente no centro. Com isso, seu peso exerce um momento (M = Força×distância), em relação ao suporte, de P×1u no sentido horário.

O arroz, de peso 50 N, exerce um momento, em relação ao suporte, de 50×3u, no sentido anti-horário.

Como a situação é de equilíbrio, os momentos são iguais em intensidade:

P × 1u = 50 × 3u

P = 150 N

A massa da barra é, portanto, 15,00 kg.

Resposta: E

Questão 85 58 88 52

Entre os anos de 1028 e 1038, Alhazen (lbn 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 tecido utilizado como anteparo.

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.

Resolução

Na situação descrita, a imagem é projetada no tecido. Já no olho humano, a imagem é projetada na retina, que é constituída de células nervosas que transmitem as imagens ao cérebro, que trata de reconhecê-las e endireitá-las.

Resposta: B

Questão 86 73 46 48

Ao ouvir uma flauta e um piano emitindo a mesma nota musical, consegue-se diferenciar esses instrumentos um do outro. Essa diferenciação se deve principalmente ao(a)

(A) intensidade sonora do som de cada instrumento musical.

(B) potência sonora do som emitido pelos diferentes instrumentos musicais.

(D) timbre do som, que faz com que os formatos das ondas de cada instrumento sejam diferentes.

(E) altura do som, que possui diferentes frequências para diferentes instrumentos musicais.

Resolução

A qualidade fisiológica que diferencia sons de mesma altura (frequência) e mesma intensidade é o TIMBRE. O que diferencia é a forma da onda emitida, e essa característica depende exclusivamente da fonte geradora.

Resposta: D

Questão 88 75 48 50

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 sob o 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.

Resolução

Considerando apenas uma torre, o celular pode encontrar-se em qualquer ponto dentro do alcance da torre.

Ao adicionarmos mais uma torre, agora temos a interseção dos sinais em dois pontos. Ainda não é o ideal, pois nesse caso, o celular poderia estar em qualquer um desses dois pontos.