ENEM 2016 / Física - Prova amarela

Exercício 1

46
Uma ambulância A em movimento retilíneo e uniforme aproxima-se de um observador O, em repouso. A sirene emite um som de frequência constante f_A. O desenho ilustra as frentes de onda do som emitido pela ambulância.
O observador possui um detector que consegue registrar, no esboço de um gráfico, a frequência da onda sonora detectada em função do tempo f_O(t), antes e depois da passagem da ambulância por ele.

Qual esboço gráfico representa a frequência f_O(t) detectada pelo observador?

Resolução:

Ocorre o efeito Doppler, que consiste em um observador captar uma frequência aparente f_O diferente da frequência real f_A das ondas emitidas pela fonte, devido a aproximação e afastamento entre o observador e a fonte.

Durante a aproximação da fonte, o observador O em repouso, receberá mais frentes de onda por unidade de tempo do que receberia se a fonte estivesse em repouso. Portanto, o observador O capta uma frequência aparente fo maior do que a frequência real f_A. Isto é, o observador capta um som mais alto ou seja mais agudo: f_O > f_A

Durante afastamento da fonte, o observador O em repouso, receberá menos frentes de onda por unidade de tempo do que receberia se a fonte estivesse em repouso. Portanto, o observador O capta uma frequência aparente f_O menor do que a frequência real fA. Isto é, o observador capta um som mais baixo ou seja mais grave: f_O < f_A

O gráfico que representa a frequência f_O(t) detectada pelo observador é o indicado na alternativa d)

Observe que no instante T indicado, a fonte está passando bem em frente ao observador e ele capta a frequência real f_A.

Resposta: d

Exercício 2

51
Três lâmpadas idênticas foram ligadas no circuito esquematizado. A bateria apresenta resistência interna desprezível, e os fios possuem resistência nula. Um técnico fez uma análise do circuito para prever a corrente elétrica nos pontos: A, B, C, D e E; e rotulou essas correntes de I_A, I_B, I_C, I_D e I_E, respectivamente.

O técnico concluiu que as correntes que apresentam o mesmo valor são

a) I_A = I_E e I_C = I_D
b) I_A = I_B = I_E e I_C = I_D
c) I_A = I_B, apenas
d) I_A = I_B = I_E, apenas
e) I_C = I_B, apenas

Resolução:

Temos três lâmpadas idênticas, cada uma de resistência R, ligadas em paralelo e sob a mesma tensão elétrica V.

Portanto, todas são percorridas pela mesma intensidade de corrente elétrica i = V/R
 
Assim, as intensidades de corrente elétrica que passam pelos pontos C e D são iguais: I_C = I_D

Os pontos A e E são percorridos pela intensidade total (3i) de corrente elétrica no circuito: I_A = I_E
 
Temos a distribuição de correntes:

Resposta: a

Exercício 3

54
Dois veículos que trafegam com velocidade constante em uma estrada, na mesma direção e sentido, devem manter entre si uma distância mínima. Isso porque o movimento de um veículo, até que ele pare totalmente, ocorre em duas etapas, a partir do momento em que o motorista detecta um problema que exige uma freada brusca. A primeira etapa é associada à distância que o veículo percorre entre o intervalo de tempo da detecção do problema e o acionamento dos freios. Já a segunda se relaciona com a distância que o automóvel percorre enquanto os freios agem com desaceleração constante.
Considerando a situação descrita, qual esboço gráfico representa a velocidade do automóvel em relação à distância percorrida até parar totalmente?

Resolução: 

Na primeira etapa a velocidade escalar é constante e, portanto, o movimento é uniforme (MU).

Na segunda etapa, como a desaceleração é constante, o veículo descreve um movimento uniformemente variado (MUV) e pela equação de Torricelli, concluímos que o gráfico da velocidade em função da distância é um arco de parábola.

Resposta: d

Exercício 4

56
O morcego emite pulsos de curta duração de ondas ultrassônicas, os quais voltam na forma de ecos após atingirem objetos no ambiente, trazendo informações a respeito das suas dimensões, suas localizações e dos seus possíveis movimentos. Isso se dá em razão da sensibilidade do morcego em detectar o tempo gasto para os ecos voltarem, bem como das pequenas variações nas frequências e nas intensidades dos pulsos ultrassônicos. Essas características lhe permitem caçar pequenas presas mesmo quando estão em movimento em relação a si. Considere uma situação unidimensional em que uma mariposa se afasta, em movimento retilíneo e uniforme, de um morcego em repouso.

A distância e velocidade da mariposa, na situação descrita, seriam detectadas pelo sistema de um morcego por quais alterações nas características dos pulsos ultrassônicos?

a) Intensidade diminuída, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida diminuída.
b) Intensidade aumentada, o tempo de retorno diminuído e a frequência percebida diminuída.
c) Intensidade diminuída, o tempo de retorno diminuído e a frequência percebida aumentada.
d) Intensidade diminuída, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida aumentada.
e) Intensidade aumentada, o tempo de retorno aumentado e a frequência percebida aumentada.

Resolução:

Como a mariposa se afasta do morcego em repouso as intensidades dos ecos, recebidos pelo morcego, diminui.
O intervalo de tempo de retorno dos ecos aumenta em virtude das distâncias  cada vez maior que as ondas devem percorrer.
Como a mariposa se afasta do morcego, de acordo com o efeito Doppler, a frequência dos ecos recebidos pelo morcego é menor que a frequência dos ultrassons emitidos. 

Resposta: a

Exercício 5

59
A usina de Itaipu é uma das maiores hidrelétricas do mundo em geração de energia. Com 20 unidades geradoras e 14 000 MW de potência total instalada, apresenta uma queda de 118,4 m e vazão nominal de 690 m³/s por unidade geradora. O cálculo da potência teórica leva em conta a altura da massa de água represada pela barragem, a gravidade local (10 m/s²) e a densidade da água (1 000 kg/m³). A diferença entre a potência teórica e a instalada é a potência não aproveitada.
Disponível em: www.itaipu.gov.br. Acesso em: 11 maio 2013 (adaptado).

Qual e a potência, em MW, não aproveitada em cada unidade geradora de Itaipu?

a) 0
b) 1,18
c) 116,96
d) 816,96
e) 13 183,04

Resolução:

Potência teórica em cada turbina

Pot_T = m.g.h/Δt => d.V.g.h/Δ
Mas, V/Δt = Z é a vazão. Logo:
Pot_T = d.Z.g.h
Pot_T = 1000.690.10.118,4
Pot_T = 816,96.10⁶ W 
Pot_T = 816,96. MW   
 
Potência instalada em cada turbina

Pot_I = 14000MW/20
Pot_I = 700 MW 

Potência não aproveitada em cada unidade geradora de Itaipu

Pot_perdida = 816,96MW - 700MW
Pot_perdida = 116,96 MW

Resposta: c

Exercício 6

61
Por apresentar significativa resistividade elétrica, o grafite pode ser utilizado para simular resistores elétricos em circuitos desenhados no papel, com o uso de lápis e lapiseiras. Dependendo da espessura e do comprimento das linhas desenhadas, é possível determinar a resistência elétrica de cada traçado produzido. No esquema foram utilizados três tipos de lápis diferentes (2H, HB e 6B) para efetuar três traçados distintos.

Munida dessas informações, um estudante pegou uma folha de papel e fez o desenho de um sorvete de casquinha utilizando-se desses traçados. Os valores encontrados nesse experimento, para as resistências elétricas (R), medidas com o auxílio de um ohmímetro ligado nas extremidades das resistências, são mostrados na figura. Verificou-se que os resistores obedeciam a Lei de Ohm.

Na sequência, conectou o ohmímetro nos terminais A e B do desenho e, em seguida, conectou-o nos terminais B e C, anotando as leituras R_AB e R_BC, respectivamente.

Ao estabelecer a razão qual resultado o estudante obteve?

a) 1     b) 4/7     c) 10/27     d) 14/81     e) 4/81

Resolução:

1º) Ohmímetro conectado entre A e B

Temos a associação de resistores:

Resistência equivalente entre A e B:

R_AB = (5kΩ.10kΩ)/(5kΩ+10kΩ)
R_AB = (50/15)kΩ
R_AB = 10/3 kΩ (1)

2º) Ohmímetro conectado entre B e C

Temos a associação de resistores:

Resistência equivalente entre B e C:

R_BC = (14kΩ.10kΩ)/(14kΩ+10kΩ)
R_BC = (140/24)kΩ
R_BC = 35/6 kΩ (2)

(1)/(2):

R_AB/R_BC = (10/3)/(35/6) = (10/3).(6/35)
R_AB/R_BC = 4/7 

Resposta: b

Exercício 7

64
A magnetohipertermia é um procedimento terapêutico que se baseia na elevação da temperatura das células de uma região específica do corpo que estejam afetadas por um tumor. Nesse tipo de tratamento, nanopartículas magnéticas são fagocitadas pelas células tumorais, e um campo magnético alternado externo é utilizado para promover a agitação das nanopartículas e consequente aquecimento da célula.

A elevação de temperatura descrita ocorre porque

a) o campo magnético gerado pela oscilação das nanopartículas é absorvido pelo tumor.
b) o campo magnético alternado faz as nanopartículas girarem, transferindo calor por atrito.
c) as nanopartículas interagem magneticamente com as células do corpo, transferindo calor.
d) o campo magnético alternado fornece calor para as nanopartículas que o transfere às células do corpo.
e) as nanopartículas são aceleradas em um único sentido em razão da interação com o campo magnético, fazendo-as colidir com as células e transferir calor. 

Resolução:

As nanopartículas magnéticas podem ser consideradas minúsculos ímãs. Sob ação do campo magnético alternado, as nanopartículas giram, transferindo calor por atrito.

Resposta: b

Exercício 8

69
O trilho de ar é um dispositivo utilizado em laboratórios de física para analisar movimentos em que corpos de prova (carrinhos) podem se mover com atrito desprezível.
A figura ilustra um trilho horizontal com dois carrinhos (1 e 2) em que se realiza um experimento para obter a massa do carrinho 2. No instante em que o carrinho 1, de massa 150,0 g, passa a se mover com velocidade escalar constante, o carrinho 2 está em repouso. No momento em que  o carrinho 1 se choca com o carrinho 2, ambos passam a se movimentar juntos com velocidade escalar constante. Os sensores eletrônicos distribuídos ao longo do trilho determinam as posições e registram os instantes associados a passagem de cada carrinho, gerando os dados do quadro.

Com base nos dados experimentais, o valor da massa do carrinho 2 é igual a

a) 50,0 g.
b) 250,0 g.
c) 300,0 g.
d) 450,0 g.
e) 600,0 g.

Resolução:

Velocidade escalar do carrinho (1) antes da colisão, calculada pelos dados dos sensores 1 e 2:

V₁ = Δ_S1/Δ_t1 = (30,0cm-15,0cm)/(1,0s-0) = 15,0 cm/s

Velocidade escalar do conjunto após a colisão, calculada pelos dados dos sensores 3 e 4:
V = Δ_S2/Δ_t2 = (90,0cm-75,0cm)/(11s-8,0s) = 5,0 cm/s

Conservação da quantidade de movimento 

Q_antes = Q_depois
 
m₁.V₁ = (m₁₊m₂).V
150,0.15,0 = (150,0+m₂).5,0 => m₂ = 300,0 g
 
Resposta: c

Exercício 9

72
Uma invenção que significou um grande avanço tecnológico na Antiguidade, a polia composta ou a associação de polias, é atribuída a Arquimedes (287 a.C. a 212 a.C.).
O aparato consiste em associar uma série de polias móveis a uma polia fixa. A figura exemplifica um arranjo possível para esse aparato. É relatado que Arquimedes teria demonstrado para o rei Hierão um outro arranjo desse aparato, movendo sozinho, sobre a areia da praia, um navio repleto de passageiros e cargas, algo que seria impossível sem a participação de muitos homens. Suponha que a massa do navio era de 3 000 kg, que o coeficiente de atrito estático entre o navio e a areia era de 0,8 e que Arquimedes tenha puxado o navio com uma força F, paralela à direção do movimento e de módulo igual a 400 N. Considere os fios e as polias ideais, a aceleração
da gravidade igual a 10 m/s² e que a superfície da praia é perfeitamente horizontal.

Disponível em: www.histedbr.fae.unicamp.br.Acesso em: 28 fev. 2013 (adaptado).
 
O número mínimo de polias móveis usadas, nessa situação, por Arquimedes foi
 
a) 3.     b) 6.     c) 7.     d) 8.     e) 10 

Resolução:

Vamos inicialmente calcular a força de atrito estático máximo:

F_at(máximo) = μ.F_N = μ.P = μ.m.g = 0,8.3000.10
F_at(máximo) = 24000 N
 
A intensidade T da força de tração que puxa o navio deve ser maior do que F_at(máximo): T > 24000 N

Para uma polia móvel, temos: T = 2F = 2¹F

Para duas polias móveis, temos: T = 4F = 2²F

Para n polias móveis, temos: T = 2ⁿF
Devemos impor: 2ⁿF > 24000 => 2ⁿ.400 > 24000 => 
2ⁿ > 24000/400 => 2ⁿ > 60.
O menor n que satisfaz a inequação acima é 6 (2⁶ = 64)

Portanto, n = 6

Resposta: b 

Exercício 10

74
Num experimento, um professor deixa duas bandejas de mesma massa, uma de plástico e outra de alumínio, sobre a mesa do laboratório. Após algumas horas, ele pede aos alunos que avaliem a temperatura das duas bandejas, usando para isso o tato. Seus alunos afirmam, categoricamente, que a bandeja de alumínio encontra-se numa temperatura mais baixa. Intrigado, ele propõe uma segunda atividade, em que coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas, que estão em equilíbrio térmico com o ambiente, e os questiona em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior. O aluno que responder corretamente ao questionamento do professor dirá que o derretimento ocorrerá

a) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.
b) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem inicialmente uma temperatura mais alta que a de alumínio. 
c) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem uma maior capacidade térmica que a de alumínio.
d) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem um calor específico menor que a de plástico.
e) com a mesma rapidez nas duas bandejas, pois apresentarão a mesma variação de temperatura.

Resolução:

O derretimento ocorrerá mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela é  melhor condutora de calor, isto é, a bandeja de alumínio tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.

Resposta: a

Exercício 11

76
Durante a primeira fase do projeto de uma usina de geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram saber se esse projeto está de acordo com as normas ambientais. A nova planta estará localizada à beira de um rio, cuja temperatura média da água é de 25°C, e usará a sua água somente para refrigeração. O projeto pretende que a usina opere com 1,0 MW de potência elétrica e, em razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de calor. Para atender a resolução número 430, de 13 de maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma ampla margem de segurança, os engenheiros determinaram que a água só poderá ser devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, 3°C em relação à temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento. Considere o calor específico da água igual a 4 kJ/(kg°C).
Para atender essa determinação, o valor mínimo do fluxo de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de

a) 42.       b) 84.       c) 167.       d) 250.       e) 500.

Resolução:

A potência de refrigeração é o dobro da potência elétrica que a usina deve operar, isto é: 

Pot = 2,0 MW = 2,0.10⁶ W.
Q = Pot.Δt
mcΔθ = Pot.Δt
m/Δt= Pot/cΔθ 
m/Δt = 2,0.10⁶W/(4000J/kg.°C).3°C
m/Δt = (500/3) kg/s = 166,6 kg/s

O valor mínimo do fluxo de água para a refrigeração
da usina deve ser mais próximo de 167kg/s.

Resposta: c 

Exercício 12

77
A Figura 1 apresenta o gráfico da intensidade, em decibéis (dB), da onda sonora emitida por um alto-falante, que está em repouso, e medida por um microfone em função da frequência da onda para diferentes distâncias: 3 mm, 25 mm, 51 mm e 60 mm. A Figura 2 apresenta um diagrama com a indicação das diversas faixas do espectro de frequência sonora para o modelo de alto-falante utilizado neste experimento.

Disponível em: www.balera.com.br. Acesso em: 8 fev. 2015.

Disponível em: www .somsc.com.br. Acesso em: 2 abr. 2015.

Relacionando as informações presentes nas figuras 1 e 2, como a intensidade sonora percebida é afetada pelo aumento da distância do microfone ao alto-falante?

a) Aumenta na faixa das frequências médias.
b) Diminui na faixa das frequências agudas.
c) Diminui na faixa das frequências graves.
d) Aumenta na faixa das frequências médias altas.
e) Aumenta na faixa das frequências médias baixas.

Resolução:

Na faixa das frequências graves, de 63 Hz a 250 Hz conforme a figura 2, verifica-se que aumentando-se a distância do microfone ao alto-falante (3 mm, 25 mm, 51 mm, 60 mm), a intensidade da onda sonora diminui.

Resposta: c 

Exercício 13

80
A invenção e o acoplamento entre engrenagens revolucionaram a ciência na época e propiciaram a invenção de várias tecnologias, como os relógios. Ao construir um pequeno cronômetro, um relojoeiro usa o sistema de engrenagens mostrado. De acordo com a figura, um motor é ligado ao eixo e movimenta as engrenagens fazendo o ponteiro girar. A frequência do motor é de 18 rpm, e o número de dentes das engrenagens está apresentado no quadro.

A frequência de giro do ponteiro, em rpm, é

a) 1.         b) 2.         c) 4.         d) 81.        e) 162.

Resolução:

Os raios das engrenagens são proporcionais ao número de dentes.
A frequência da engrenagem A é a mesma do motor: f_A = f_motor = 18 rpm

f_A.R_A = f_B.R_B => f_B = f_A.R_A/R_B => f_B = 18.24/72 => f_B = 6 rpm

Mas f_C = f_B = 6 rpm

f_C.R_C = f_D.R_D => f_D = f_C.R_C/R_D => f_D = 6.36/108 => f_D = 2 rpm

O ponteiro gira com a mesma frequência da engrenagem D.

Resposta: b

Exercício 14

82
O Painel lntergovernamental de Mudanças Climáticas (na sigla em inglês, IPCC) prevê que nas próximas décadas o planeta passará por mudanças climáticas e propõe estratégias de mitigação e adaptação a elas. As estratégias de mitigação são direcionadas à causa dessas mudanças, procurando reduzir a concentração de gases de efeito estufa na atmosfera. As estratégias de adaptação, por sua vez, são direcionadas aos efeitos dessas mudanças, procurando preparar os sistemas humanos às mudanças climáticas já em andamento, de modo a reduzir seus efeitos negativos.
IPCC, 2014. Climate Change 2014: synthesis report.
Disponível em:http://ar5-syr.ipcc.ch. Acesso em: 22 out. 2015 (adaptado).

Considerando as informações do texto, qual ação representa uma estratégia de adaptação?

a) Construção de usinas eólicas.
b) Tratamento de resíduos sólidos.
c) Aumento da eficiência dos veículos.
d) Adoção de agricultura sustentável de baixo carbono.
e) Criação de diques de contenção em regiões costeiras.

Resolução:

As estratégias apresentadas nas alternativas a), b) c) e d) são elementos de mitigação, isto é, são elementos que visam reduzir os efeitos dos gases estufas na atmosfera, que tem como consequência o aumento da temperatura da atmosfera, o que eleva o nível dos oceanos, podendo inundar as regiões costeiras. Uma ação que representa uma estratégia de adaptação envolve a construção de diques de contenção em regiões costeiras.

Resposta: e

Exercício 15

90
Um experimento para comprovar a natureza ondulatória da radiação de micro-ondas foi realizado da seguinte forma: anotou-se a frequência de operação de um forno de micro-ondas e, em seguida, retirou-se sua plataforma giratória. No seu lugar, colocou-se uma travessa refratária com uma camada grossa de manteiga. Depois disso, o forno foi ligado por alguns segundos. Ao se retirar a travessa refratária do forno, observou-se que havia três pontos de manteiga derretida alinhados sobre toda a travessa. Parte da onda estacionária gerada no interior do forno é ilustrada na figura.

De acordo com a figura, que posições correspondem a dois pontos consecutivos da manteiga derretida?

a) I e III
b) I e V
c) II e III
d) II e IV
e) II e V

Resolução:

Nos ventres da onda estacionária ocorre o derretimento da manteiga (pontos I,III e V). Nestes pontos ocorre interferência construtiva.

São consecutivos I e III.

Resposta: a