Prova de 2024: Universidade de São Paulo (USP) — questões com gabarito

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Ciências da Natureza
Física
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- Dinâmica
- Prova de 2024
- USP
- Com imagem
- Código da questão: C14B08CA-8D
No dia 26 de março de 2024, à 1h29min, aproximadamente, o navio cargueiro MV Dali colidiu com a ponte Francis Scott Key em Baltimore, EUA. O impacto causou o colapso da ponte, tornando-se um dos maiores acidentes marítimos da história norte-americana.

A figura a seguir mostra os dados da velocidade do navio em função da hora local. A colisão ocorreu no intervalo de 38 segundos, marcado por linhas pontilhadas no gráfico.

Assumindo que a massa do navio no momento do impacto seja de 100 mil toneladas e, tendo por base os dados do gráfico, a magnitude da força média atuando sobre o navio durante a colisão é de, aproximadamente,
Escolha uma alternativa para a questão c14b08ca-8dA
7 x 10ꟷ2 N.
B
7 x 100 N.
C
7 x 102 N.
D
7 x 104 N.
E
7 x 106 N.
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Ciências da Natureza
Física
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- Física Moderna
- Prova de 2024
- USP
- Com imagem
- Código da questão: C14D5CAF-8D
O efeito Compton, descoberto na década de 1920, é hoje amplamente utilizado durante tratamentos radioterápicos. O efeito relaciona-se à mudança no comprimento de onda de fótons de raios X quando interagem com partículas como elétrons ou prótons, conforme ilustrado na figura a seguir.

Quando um fóton com comprimento de onda λ0 incide sobre uma partícula, ele emerge dessa interação formando um ângulo θ com sua direção inicial de movimento, e seu novo comprimento de onda λ′ é dado pela relação

λ′ = λ0 + α/m ( 1 - cos θ) ,

em que α é uma constante positiva e m é a massa da partícula. Com base nessas informações e em seus conhecimentos sobre a propagação das ondas eletromagnéticas, assinale a alternativa correta.

Escolha uma alternativa para a questão c14d5caf-8dA
A maior variação no comprimento de onda do fóton ocorre quando o ângulo θ é igual a 90°.
B
Se o ângulo θ é igual a 30°, o fóton emergente tem frequência menor do que a frequência inicial.
C
Quando θ = 0, a velocidade do fóton emergente é menor do que a do fóton incidente, devido à conservação da quantidade de movimento.
D
Se o ângulo θ é igual a 60°, a variação no comprimento de onda do fóton é menor se a partícula for um elétron do que se a partícula for um próton.
E
Um fóton que emergiu perpendicularmente à sua direção inicial não sofreu mudança em sua frequência.
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Ciências da Natureza
Física
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- Reflexão
- Prova de 2024
- USP
- Com imagem
- Código da questão: C15422A4-8D
Tratando o meio 2 sempre como tendo índice de refração n2 = 1,0003, o material que permite o maior intervalo de ângulos de incidência que produzem reflexão total é:
Escolha uma alternativa para a questão c15422a4-8dA
Material A.
B
Material B.
C
Material C.
D
Material D.
E
Material E.
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Ciências da Natureza
Física
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- Campo e Força Magnética
- Prova de 2024
- USP
- Com imagem
- Código da questão: C15668F5-8D
Considere o texto a seguir.

“Com observações feitas pela primeira vez em luz polarizada, a nova imagem do buraco negro que se esconde no coração da Via Láctea revelou um campo magnético com uma estrutura muito semelhante à de outro buraco negro situado no centro da galáxia M87, sugerindo que campos magnéticos intensos podem ser comuns a todos os buracos negros.
A luz é uma onda eletromagnética que nos permite ver objetos. Por vezes, os campos elétrico e magnético associados à onda oscilam em direções preferenciais, definindo o que chamamos de luz polarizada. Apesar de estarmos rodeados por luz polarizada, aos olhos humanos essa luz é indistinguível da luz dita ‘normal’. No plasma que rodeia estes buracos negros, as partículas que giram em torno das linhas de campo magnético conferem-lhe um padrão de polarização com orientação na direção perpendicular ao campo magnético do buraco negro, o que permite aos astrônomos ver com muitos detalhes o que se passa nas regiões dos buracos negros e mapear as suas linhas de campo magnético.”

“Astrônomos descobrem campos magnéticos em espiral nas bordas de buraco negro da Via Láctea”, Jornal da USP 29/03/2024. Disponível em https://jornal.usp.br/ciencias/ (Adaptado).

Com base no texto e em seus conhecimentos, é correto afirmar:
Escolha uma alternativa para a questão c15668f5-8dA
A medida do padrão de polarização da luz mencionada no texto permite somente o mapeamento das linhas de campos magnéticos na direção paralela à direção da polarização.
B
O olho humano pode discriminar as diferentes direções da luz polarizada dos buracos negros, mapeando suas linhas de campo.
C
Campos magnéticos como os mencionados no texto são criados apenas por cargas elétricas em repouso no plasma que rodeia os buracos negros
D
O plasma é formado por partículas eletricamente carregadas, dado que essas partículas exibem um movimento circular perpendicular à direção do campo magnético.
E
O processo de mapeamento das linhas de campo magnético mencionado no texto pode ser realizado por meio da detecção de qualquer tipo de onda eletromagnética gerada em buracos negros.
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Ciências da Natureza
Física
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O fenômeno físico conhecido como iridescência ocorre nas asas de certas espécies de borboletas e caracteriza-se pela variação das cores de acordo com o ângulo de observação. A existência de faixas coloridas na superfície das asas das borboletas ocorre devido a diferentes formas de superposição entre raios luminosos refletidos por uma fina camada de substância transparente existente na superfície das asas.

Os fenômenos físicos diretamente relacionados com a iridescência são
Escolha uma alternativa para a questão c16ee099-8dA
dilatação e reflexão.
B
interferência e dilatação.
C
dissipação e difração.
D
convecção e dispersão.
E
reflexão e interferência.
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Ciências da Natureza
Física
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- Cinemática
- Prova de 2024
- USP
- Com imagem
- Código da questão: C17167AC-8D
Em um estudo relatado no periódico Physics Today, cientistas belgas mostraram que os pica-paus não dispõem de mecanismos de absorção de choques em seus ossos do crânio, ao contrário do que se acreditava anteriormente. Nos experimentos realizados, verificou-se que o cérebro de um pica-pau pode experimentar desacelerações instantâneas de até 400 g, sendo g o módulo da aceleração da gravidade. Suponha que, durante uma batida em um tronco de árvore, o crânio do pica-pau, suposto perfeitamente rígido, sofra uma desaceleração constante de 200 g ao longo de um tempo de 2,0 milissegundos. Qual é a distância percorrida pelo crânio do pica-pau durante esse tempo, até atingir momentaneamente o repouso?
Escolha uma alternativa para a questão c17167ac-8dA
2,0 mm
B
4,0 mm
C
8,0 mm
D
16 mm
E
32 mm
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Ciências da Natureza
Física
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- Dilatações
- Prova de 2024
- USP
- Com imagem
- Código da questão: C1B32559-8D
Quando uma barra de um certo material é aquecida até uma temperatura T a partir de uma temperatura inicial T0, seu comprimento inicial L0 sofre um aumento ΔL dado por ΔL = α L0 ( T - T0 ), sendo α o coeficiente de expansão linear, que depende do material. O gráfico a seguir mostra curvas de expansão linear para barras feitas de três materiais distintos.

Com base no gráfico e nas informações apresentadas, é correto afirmar:
Escolha uma alternativa para a questão c1b32559-8dA
O gráfico mostra curvas para três barras que possuem o mesmo comprimento à temperatura de 30°C.
B
Em um processo de aquecimento entre 100°C e 200°C, o comprimento da barra de cobre aumenta em 0,1 m.
C
O coeficiente de expansão linear do alumínio é maior do que o do cobre.
D
Partindo de 0°C, aumentar em 10 cm o comprimento da barra de polietileno requer elevar sua temperatura até 50°C.
E
Duas barras de comprimentos 5 m e 10 m a 0°C, feitas do mesmo material, sofrem iguais incrementos de comprimento quando levadas de 0°C a 100°C.
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Ciências da Natureza
Física
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- Dinâmica
- Prova de 2024
- USP
- Com imagem
- Código da questão: C1BA2318-8D
Um brinquedo bastante comum em parques de diversões, a montanha-russa, utiliza-se da transformação parcial de energia potencial em energia cinética (e vice-versa) como princípio de funcionamento. Uma das montanhas-russas mais famosas do mundo, a Takabisha, cuja pista possui mais de 1 km de extensão, localiza-se no Japão e tem vista para o Monte Fuji. Nela, a subida inicial até o ponto mais alto, situado a uma altura aproximada de 50 m do solo, é feita sob ângulo de aproximadamente 90 graus, seguida de uma descida vertiginosa, cuja velocidade, no ponto mais baixo desse trecho, atinge cerca de 30 m/s em poucos segundos.

Considerando um carrinho ocupado com massa total de 300 kg em repouso na posição de altura máxima, a energia mecânica perdida durante a descida inicial é, aproximadamente,
Escolha uma alternativa para a questão c1ba2318-8dA
1200 J.
B
2500 J.
C
5000 J.
D
15000 J.
E
20000 J.
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Ciências da Natureza
Física
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- Física Térmica - Termologia
- Prova de 2024
- USP
- Com imagem
- Código da questão: C1D46A69-8D
Um artigo publicado em 2018, na Revista Brasileira de Ensino de Física, reporta um curioso estudo sobre a pressão interna de “foguetes de garrafa PET”, propulsionados a partir da reação química entre ácido acético e bicarbonato de sódio.[1] Uma mistura de vinagre (que contém ácido acético, CH3COOH) com bicarbonato de sódio (NaHCO3) produz gás carbônico (CO2) por meio da reação química representada pela seguinte equação:

Suponha que a reação produza 2 mols de CO2 para cada 3 litros de vinagre. Nas condições do experimento, em que o volume de líquido é 1/3 de litro à temperatura T = 300 K, a pressão PCO2 medida pelo manômetro será por volta de
Escolha uma alternativa para a questão c1d46a69-8dA
3,2 atm.
B
4,1 atm.
C
6,2 atm.
D
9,0 atm.
E
12 atm.
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Ciências da Natureza
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- Dinâmica
- Prova de 2024
- USP
- Com imagem
- Código da questão: C1D6B3E2-8D
Um artigo publicado em 2018, na Revista Brasileira de Ensino de Física, reporta um curioso estudo sobre a pressão interna de “foguetes de garrafa PET”, propulsionados a partir da reação química entre ácido acético e bicarbonato de sódio.[1] Uma mistura de vinagre (que contém ácido acético, CH3COOH) com bicarbonato de sódio (NaHCO3) produz gás carbônico (CO2) por meio da reação química representada pela seguinte equação:

Considere agora um outro experimento feito em condições semelhantes, em que o manômetro indica uma pressão de 5 atm e, sem que a pressão no interior da garrafa se altere, ele é cuidadosamente substituído por uma rolha de 10 g de massa e 2 cm de diâmetro (igual ao diâmetro interno do bocal da garrafa). Logo após a rolha ser encaixada no local, ela é expelida devido à pressão interna da garrafa ser maior que a pressão atmosférica.

A aceleração da rolha no momento em que ela é expelida é de, aproximadamente,
Escolha uma alternativa para a questão c1d6b3e2-8dA
12 m/s2 .
B
120 m/s2 .
C
1200 m/s2 .
D
12000 m/s2 .
E
120000 m/s2 .
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