Renan comenta: OBFEP 2015 - 1ª Fase - Nível B - Parte 01

Fala galera! Renan aqui para dar continuidade aos comentários da OBFEP 2015. Hoje é dia de resolver o nível B, destinado aos estudantes do 1º e do 2º ano do Ensino Médio. Como essa prova é maior (20 questões), dividirei esse post em duas partes. Bora pra action?

Olimpíada Brasileira de Física das Escolas Públicas 2015 - 1ª Fase - Nível B

Questões B.1 a B.10

B.1) (somente para alunos da 1ª série)
Em 1997, Gilberto Gil lançou o álbum “Quanta” com músicas que tratavam da física quântica e da revolução da informática. Ao lado, vemos um trecho da música “Pela Internet” que foi muito tocada nas rádios na época.

Criar meu web site

Fazer minha home-page

Com quantos gigabytes

Se faz uma jangada

Um barco que veleje

O termo “gigabytes” significa giga de bytes, ou, bilhões de bytes, ou ainda, 109 bytes. Vemos o prefixo giga usado pela informática para medir a quantidade de bytes (unidade de informação). Este prefixo pode ser usado para expressar bilhões de qualquer unidade: gigawatts (bilhões de watt), gigametro (bilhões de metros), etc. O giga pertence a uma grande lista de prefixos utilizados no Sistema Internacional (SI), todos representando potências de 10. Você já utilizou alguns deles junto às unidades metro (m), litro (L) e grama (g) como no centímetro (centi + metro), no mililitro (mili+litro) e no quilograma (quilo+grama).

Determine qual a ordem crescente das quantidades representadas pelos prefixos abaixo.
a) mega - giga - tera
b) mega - tera - giga
c) giga - mega - tera
d) tera - giga - mega

 Resolução 

Questão bem tranquila, basta conhecer um pouco dos prefixos. A ordem crescente é mega (10⁶), giga (10⁹) e tera (10¹²). Conheça mais prefixos clicando aqui.

Resposta: A

B.2) (somente para alunos da 1ª série) 
Um mosquito estava voando próximo de um mata-insetos elétrico quando foi atraído pela luz violeta emitida por este equipamento, conforme representado na figura abaixo. O mosquito voou diretamente para o mata-insetos com velocidade vetorial v cujo módulo é igual a 2,5 cm/s. Quanto tempo levou para o inseto tocar neste equipamento?

a) 4 s
b) 6 s
c) 8 s
d) 10 s

 Resolução 

Para achar a distância do mosquito até o objeto, você pode usar o teorema de Pitágoras ou pode lembrar que o triângulo em questão é um triângulo pitagórico. A distância será 20 cm.

d = v.t ⇔ t = d/v ⇔ t = 20 cm / 2,5 cm/s
t = 8 s

Resposta: C

B.3) (somente para alunos da 1ª série)
Para criar as imagens abaixo, cada sistema óptico usou um tipo diferente de fenômeno.

Determine qual o fenômeno usado pelo sistema óptico à esquerda e pelo sistema óptico à direita, respectivamente.
a) Reflexão e refração.
b) Refração e reflexão.
c) Refração e difração.
d) Difração e reflexão.

 Resolução 

O fenômeno observado nas lentes (esquerda) é a refração dos raios luminosos. Na direita, por sua vez, o espelho provoca a reflexão dos raios de luz.

Resposta: B

B.4) (somente para alunos da 1ª série)
A prova de 100 metros rasos é considerada a rainha de todas as provas. O seu record foi conquistado pelo jamaicano Usain Bolt, em 2009, na Alemanha: 9,58 segundos. Muitos jornais da época o chamaram de homem-luz. É claro que sua velocidade não chegou perto dos 300.000 km/s, que a luz desenvolve, mas já faz 6 anos que ele é o homem mais rápido do mundo. A velocidade média de Bolt nesta corrida é melhor representada por:
a) 35 km/h
b) 38 km/h
c) 40 km/h
d) 43 km/h

 Resolução 

v = d/t ⇔ v = 100/9,5 ⇔ v ≈ 10,5 m/s

Convertendo para km/h:
v = 10,5 · 3,6 ⇔ v ≈ 37,8 ⇔ v ≈ 38 km/h

Resposta: B

B.5) (somente para alunos da 1ª série) 
Carlos queria emagrecer e estava recebendo conselhos de Antônio, um grande amigo. Sem nenhuma recomendação médica, Antônio dizia que a melhor maneira de emagrecer é a sauna, pois aumenta a temperatura do ambiente forçando o corpo a suar mais. A ideia de Carlos para aumentar a temperatura do ambiente foi correr com uma roupa que absorva muito calor do Sol. Assim, ele foi pesquisar quais as características da roupa que deveria usar para conseguir o que desejava.
Dentre outras características, qual a cor da roupa que deve escolher para dar prosseguimento à ideia que teve?
a) Branca
b) Cinza
c) Preta
d) Qualquer uma.

 Resolução 

Dentre todas as cores, a preta é a que mais absorve radiação. Já a cor branca será a que mais reflete radiação.

Resposta: C

B.6) A Assembleia Geral das Nações Unidas decidiu que o ano de 2015 seria considerado o ano internacional da luz. Entender a natureza da luz sempre foi um desafio para o homem. Depois dos trabalhos da relatividade de Albert Einstein e da física quântica, muito sobre a luz foi compreendido. Um ponto interessante para esta prova é que a luz pode se comportar como um conjunto de partículas chamadas de fótons. Cada fóton carrega uma quantidade específica de energia e isso o identifica.
Quando o olho humano recebe um conjunto de fótons iguais (cada um transporta a mesma energia), a visão “cria” uma cor específica conforme tabela abaixo. Os fótons que possuem uma energia menor que 2,55×10^-19 J (infravermelhos) ou maior que 5,10×10^-19 J (ultravioleta) representam luz invisível, pois não são convertidos pelo olho em impulsos nervosos. O laser é uma fonte de luz visível; logo, é um emissor de fótons visíveis. Se certo laser tem uma potência de 0,00168 W e emite 4×10¹⁵ fótons por segundo, qual será a cor de seu raio de luz?
a) vermelho
b) violeta
c) amarelo
d) azul

 Resolução 

Em um primeiro momento o aluno do 1º ou 2º ano do Médio pode se desesperar por parecer uma questão da tão temida Física Moderna, mas isso é apenas uma espécie de enfeite! Relembre a fórmula geral que diz que a energia é o produto da potência pelo tempo. ⇔ E = P · t

O tempo não é informado especificamente, mas podemos usar a informação que diz que "e emite 4×10¹⁵ fótons por segundo". O tempo é, portanto, o inverso desse número:
t = 1/4 × 10^-15 s

E = P · t ⇔ E = 1,68 · 10^-3 · 1/4 · 10^-15
E = 0,42 · 10^-18 ⇔ E = 4,2 · 10^-19 J

A cor do raio de luz é, portanto, azul.

Resposta: D

B.7) Como o laser é uma fonte de luz regular, ele pode ser usado em diversos aparelhos. Um desses aparelhos, chamado de trena a laser, consegue medir a distância entre ele e o objeto que o raio laser atingir. Uma barra de aço foi usada para segurar uma estrutura. Uma trena a laser foi usada para medir o comprimento desta barra na temperatura de 20ºC. O valor indicado pela trena foi de 400,00 mm. Em um outro dia, cuja temperatura era de 30ºC, o mesmo procedimento foi feito e a trena mediu 400,12 mm. Uma segunda barra de aço, mais grossa, foi usada para sustentar uma outra estrutura. Uma trena a laser indicou o valor de 200,00 mm de comprimento para esta barra na temperatura de 15ºC. Em outro dia, cuja temperatura medida foi 35ºC, a trena a laser indicou que comprimento para esta segunda barra?
a) 199,76 mm
b) 199,88 mm
c) 200,12 mm
d) 200,24 mm

 Resolução 

Temos duas situações incompletas: a primeira dá todas as informações mas não dá o coeficiente de dilatação linear α. Vamos calcular o α e depois partimos para a segunda situação para calcular a variação no comprimento da barra:

I-
ΔL = L_o.α.Δθ
0,12 = 400 · α · 10
α = (12 · 10^-2) / (4 · 10² · 10)
α = 3,0 · 10^-5 °C^-1

II-
ΔL = L_o.α.Δθ
ΔL = 200 mm · 3 · 10^-5 °C^-1 · 20 °C
ΔL = 2 · 10² · 3 · 10^-5 · 2 · 10
ΔL = 12 · 10^-2 mm
ΔL = 0,12 mm

O comprimento total da barra é, portanto, 200,12 mm.

Resposta: C

B.8) Um raio é uma fonte de luz descontrolada e perigosa. Ele gera luz por incandescência, que é o fenômeno de produção de luz quando uma amostra atinge alta temperatura. O raio é o movimento muito rápido de carga elétrica pelo ar, o que produz atrito, aquecimento e incandescência. Quando um raio atinge a areia de uma praia, muitas vezes o calor gerado derrete uma quantidade de grãos de areia. Quando essa massa volta a se solidificar, vira uma escultura de vidro cheia de ramificações, reproduzindo o caminho do raio na areia. Uma dessas esculturas possuía 0,5 kg e foi produzida em uma praia que estava a 20 ºC no momento que um raio a produziu. Sabendo que a areia possui um calor específico de 0,04 cal/(g.ºC), uma temperatura de fusão de 1720 ºC e um calor latente de fusão de 12 cal/g, quanto calor essa massa de areia, inicialmente a 20ºC, precisou receber do raio para derreter totalmente?
a) 10 kcal
b) 20 kcal
c) 30 kcal
d) 40 kcal

 Resolução 

A quantidade total de calor utilizada é a soma do calor sensível (responsável por elevar a temperatura) junto ao calor latente (responsável pelo derretimento da areia, ou seja, pela mudança de estado físico), de modo que:

Q = mcΔθ + mL

Muita atenção com as unidades! Na calorimetria não é necessário colocar tudo no SI todas as vezes. Eu gosto de dizer que quem manda na questão é o calor específico. Perceba que ele está em cal/g°C, portanto o calor aparecerá em calorias, a massa em gramas e a temperatura em °C:

Q = 5 · 10² g · 4 · 10^-2 cal/g°C · 1700°C + 500g · 12 cal/g
Q = 5 · 10² g · 4 · 10^-2 cal/g°C · 1700°C + 500g · 12 cal/g
Q = 5 · 4 · 1700 cal + 500 · 12 cal
Q = 34 000 cal + 6 000 cal
Q = 40 000 cal = 40 kcal

Resposta: D

B.9) As primeiras lâmpadas que funcionavam através da eletricidade usavam a incandescência para gerar luz. Entretanto, este tipo de lâmpada transforma apenas 5% da energia elétrica em luz (fóton visível). O resto é transformado em calor (fóton infravermelho). Atualmente, para consumo geral, existem dois tipos de lâmpadas mais eficientes: as fluorescentes com rendimento de 30% , e as de LED com 95% de eficiência. Entretanto, em uma granja, é necessário manter o ambiente quente; logo, muitas granjas utilizam a lâmpada incandescente para, ao mesmo tempo, aquecer o ambiente e produzir a iluminação necessária. O ambiente da granja deve ficar na temperatura de 30ºC. Nos Estados Unidos, os termômetros usam a escala Fahrenheit, a qual registra o valor 32 para o ponto de fusão do gelo e 212 para o ponto de ebulição da água. Qual a indicação da temperatura ideal de uma granja em um termômetro graduado em Fahrenheit?
a) 52 ºF
b) 66 ºF
c) 74 ºF
d) 86 ºF

 Resolução 

Basta aplicar na equação de transformação das temperaturas:

Resposta: D

B.10) Uma fogueira é uma fonte de luz incandescente; logo, emite muito calor. Uma fogueira estava sendo usada para aquecer uma amostra de gás nobre, cuja energia térmica se relaciona com a temperatura através da taxa de 3 J/ºC. Este gás estava levantando, em movimento uniforme (MU), um bloco localizado sobre o êmbolo (tampa móvel) do recipiente, conforme figura. Durante esse movimento, o gás aplicava no êmbolo uma força constante de 350 N (transformação isobárica). Este movimento ocorreu durante 40 cm. Enquanto o êmbolo e o bloco subiam em MU, a temperatura do gás era aumentada de 50ºC para 250ºC. Desprezando atritos, determine a quantidade de calor que o gás recebeu da fogueira durante o MU citado.
a) 820 J
b) 740 J
c) 610 J
d) 550 J

 Resolução 

De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica: Q = ΔU + W, sendo Q a quantidade de calor, ΔU a variação da energia interna do gás e W o trabalho (realizado por ou sobre o gás).

A energia interna de um gás está diretamente relacionada com sua temperatura. A questão diz que para cada 1 °C, a energia aumenta em 3 J. Portanto, quando o gás varia sua temperatura de 50 para 250 °C, sua variação de temperatura foi de 200 °C. Desse modo, a energia interna do gás aumentou em 600 J. Guarde este valor.

O trabalho realizado pode ser calculado por W = p.ΔV quando falamos sobre gases. Contudo, aqui cabe a expressão clássica W = F.d, uma vez que temos a força aplicada pelo gás e a distância de atuação. Não esqueça de passar a distância para o Sistema Internacional:
W = F.d ⇔ W = 350  · 0,4 m ⇔ W = 140 J

Q = ΔU + W ⇔ Q = 600 + 140
Q = 740 J

Resposta: B


E essas foram as 10 primeiras questões do nível B! Tá gostando? Visite nosso canal no YouTube para ver mais questões como essas! Eu sou o Renan, bora pra action!!