provas por assunto 2

13/12/2012

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www.fisicainterativa.com/curso-de-fisica Curso de Física para o vestibular

Cinemática

UFBA 2005Um indivíduo, preocupado com as constantes multas que tem recebido por dirigir o seuautomóvel em excesso de velocidade, relata o fato a dois companheiros. Os três amigos nãoconseguem compreender a razão das multas, desde que todos eles observam os limites develocidade nas vias públicas, através do velocímetro de seus carros. Os seus veículos, de mesmomodelo, têm nos pneus a única característica distinta. O carro A usa os pneus indicados pelofabricante do veículo; o carro B usa pneus com diâmetro maior do que o indicado, pois o seuproprietário visita, periodicamente, seus familiares no interior, viajando por estradas e caminhosirregulares; o carro C usa pneus com diâmetro menor do que o indicado, uma vez que o seuproprietário gosta de veículos rebaixados, com aspecto esportivo.Os três amigos decidem fazer um experimento, alugam um aparelho de radar e vão para umaestrada deserta. Após realizarem várias medições, construíram o gráfico a seguir.

Com base na análise do gráfico, identifique acorrespondência existente entre os carros A, B e C eas linhas 1, 2 e 3, que representam as velocidadesdesses carros, verificando qual dos trêsamigos deve ser mais precavido ao circular emestradas e avenidas vigiadas pelo radar. Justifiquesua resposta.


Cinemática

As comemorações dos 40 anos da chegada do homem à Lua trouxeram à baila ogrande número de céticos que não acreditam nessa conquista humana. Em umprograma televisivo, um cientista informou que foram deixados na Lua espelhosrefletores para que, da Terra, a medida da distância Terra-Lua pudesse serrealizada periodicamente, e com boa precisão, pela medida do intervalo detempo Δt que um feixe de laser percorre o caminho de ida e volta.Um grupo acompanhou uma medida realizada por um cientista, na qual Δt =2,5s. Considerando que a velocidade da luz, no vácuo, é igual a 3,0 ∙ 10��/ edesprezando os efeitos da rotação da Terra, calcule a distância Terra-Lua.

UFBA 2010

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Dinâmica

UFBA 2008

Um corpo de massa m = 2,0kg, descrevendo uma trajetória retilínea com velocidade constante de 4,0m/s, aproxima-se da origem do sistema de coordenadas, por valores negativos de x. Ao atingi-la, passa a sofrer a ação da força, F(x), representada no gráfico.

A partir dessas informações,• determine a função F(x);• encontre o ponto onde a velocidade do corpo se anula;• descreva o movimento do corpo após o instante em que a força passou a atuar sobre ele;• dê um exemplo de sistema mecânico que apresente essas características.


Princípios de Conservação

UFBA 2005A modificação rápida do movimento do corpo é a característica principal da maioria dos esportes e dos brinquedos nos parques de diversão. Essa modificação do movimento é responsável pela sensação de prazer causada por esses “jogos do corpo”, a qual os bioquímicos associam à produção de adrenalina. Em um parque de diversões, uma jovem de 40kg brinca em uma cama elástica, representada na figura. Ela pula de uma altura h=1,8m e, durante 0,5 segundo, a cama freia o movimento da jovem até pará-la, empurrando-a, posteriormente, para cima.

Sabendo que, ao atingir a cama, o movimento da jovem é na direção vertical, calcule a forçaelástica média que a cama exerce sobre ela até pará-la. Considere a aceleração da gravidadecomo sendo 10m/s².

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UFBA 2006No dia 4 de julho de 2005, coincidindo com as comemorações da independência dos Estados Unidos da América, os meios de comunicação de todo o mundo divulgaram o impacto de uma pequena nave, não tripulada, com o cometa Tempel 1. Uma animação do evento foi distribuída às emissoras de televisão e disponibilizada na rede de computadores. Alguns instantâneos dessa animação –– apresentados nas figuras I, II e III –– mostram respectivamente a nave ao encaminhar-se para o cometa, o instante da colisão e a cratera formada. No dia seguinte, a imprensa internacional também divulgou que uma astróloga russa entrou com uma ação indenizatória na Justiça americana por perdas e danos. Alegava a referida senhora que a ação americana prejudicou a confiabilidade de seus mapas astrais, no momento em que modificou as condições de movimento de um corpo celeste.

Considere as informações:• o choque foi frontal e completamente inelástico;• o cometa, no referencial da nave, movia-se em sua direção com velocidade Vcometa = 10km/s;• o cometa, em forma de um paralelepípedo de dimensões 5km x 5km x 10km, tem densidade aproximadamente igual à densidade da água, dágua = 1kg/litro;• a nave, com massa igual a 100kg, não transportava explosivos.Calcule a modificação na velocidade do cometa e faça um comentário sobre a alegação daastróloga russa.



UFBA 2006

Neste ano de 2005, comemora-se, por proposta da ONU, o Ano Mundial da Física. Essacomemoração representa o reconhecimento do papel pioneiro que a Física desempenhou naconsolidação de um novo modo de olhar e de tentar compreender o mundo material. Osprocedimentos introduzidos por Isaac Newton no século XVII produziram um grandedesenvolvimento científico-tecnológico, que se estendeu a diversas áreas do conhecimento,contribuindo para o avanço de ciências, como a Química, a Biologia, a Medicina e as CiênciasSociais, entre outras.No século XX, as conquistas da Ciência propiciaram grandes modificações da vida na Terra,principalmente para a humanidade. A melhoria das condições de saúde, de habitação e dosmeios de transporte, a produção de energia e de alimentos, o aumento da expectativa de vidasão resultados obtidos pela ciência moderna. Entretanto, o surgimento das novas tecnologiastrouxe também preocupações com referência à degradação ambiental, entre outras. Novosconceitos, como o de desenvolvimento sustentável e o do princípio da precaução, foramincluídos na agenda mundial.Considerando, em particular, a grandeza energia - que tem desempenhado, desde o final doséculo XIX, uma função unificadora na Física - explique o papel que a sociedade organizadadeve exercer com respeito à produção/utilização/degradação dessa grandeza e comente anecessidade de se impor limites às aplicações tecnológicas.

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UFBA 2007

O gráfico mostra aproximadamente a força, em função do tempo, que uma parede vertical exerce sobre uma bola de borracha de massa 30g que se movimenta horizontalmente, desde o instante em que a bola toca na parede até o instante em que se separam.Considerando a colisão perfeitamente elástica, calcule, a partir da análise do gráfico, o impulso que a parede transmite à bola e, com esse valor, determine a velocidade inicial da bola.



UFBA 2008

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Buscando melhorar a segurança de seus veículos, as fábricas de automóveis fazem testes de impacto, a fim de avaliar os efeitos sobre a estrutura dos carros e sobre seus ocupantes. Como resultado dessa iniciativa, as pesquisas têm conduzido à construção de carros com carroceria menos rígida, que se deformam mais facilmente em caso de colisão. Em um teste realizado, um veículo de 1000,0 kg, movendo-se com velocidade igual a 72,0km/h e dirigido por controle remoto foi arremessado contra uma parede de concreto. A colisão, completamente inelástica, durou 0,05 segundos.Analise a decisão dos fabricantes de produzir automóveis com carroceria menos rígida e calcule a intensidade da força média exercida pela parede sobre esse veículo.

UFBA 2009



Um corpo de massa M abandonado a partir do repouso desliza sobre um planoinclinado até ser freado por uma mola ideal, conforme a figura.Sabendo-se que a constante de força, k, é igual a 400N/m, que o intervalo de tempo,Δt, desde o instante em que o corpo toca a mola até o momento que esse para, éigual a 0,05s e que a compressão máxima da mola, x, é igual a 0,3m, identifique asgrandezas físicas que são conservadas e calcule, desprezando os efeitos de forçasdissipativas, a massa e o módulo da velocidade do corpo ao atingir a mola.

UFBA 2010

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Uma esfera rígida de massa m1 = 0,5kg, presa porum fio de comprimento L = 45,0cm e massadesprezível, é suspensa em uma posição tal que,como mostra a figura, o fio suporte faz um ângulode 90º com a direção vertical. Em um dadomomento, a esfera é solta, indo se chocar comoutra esfera de massa m2 = 0,5kg, posicionada emrepouso no solo.

Considerando o diâmetro das esferas desprezível e o choque entre elas perfeitamente elástico, determine a velocidade das esferas após o choque, supondo todas as forças dissipativas desprezíveis, o módulo da aceleração da

gravidade local igual a 10m/s2 e o coeficiente de restituição ��

em que

�′��′� são as velocidades finais das esferas e �� as velocidades iniciais.

UFBA 2011


Mecânica dos Fluidos

UFBA 2003

Utilizando-se de princípios da Física, explique por que uma bola, feita commassa de modelar, abandonada em um recipiente com água, equilibra-se nofundo do recipiente, enquanto que essa bola, moldada na forma de umbarquinho de papel, pode flutuar na superfície livre desse líquido.

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UFBA 2004

Um fenômeno bastante curioso, associado ao voo dospássaros e do avião, pode ser visualizado através de umexperimento simples, no qual se utiliza um carretel de linhapara empinar pipa, um prego e um pedaço circular decartolina. O prego é colocado no centro da cartolina e inseridono buraco do carretel, conforme a figura. Soprando peloburaco superior do carretel, verifica-se que o conjuntocartolina-prego não cai. Considere a massa do conjuntocartolina-prego igual a 10 g, o raio do disco igual a 2 cm e aaceleração da gravidade local, 10 m/s². A partir dessasinformações, apresente a lei física associada a esse fenômenoe calcule a diferença de pressão média mínima, entre as facesda cartolina, necessária para impedir que o conjunto caia.



UFBA 2006Um bloco homogêneo, preso a uma mola, é colocado dentro de um recipiente, conforme a figura. A mola é deformada elasticamente e, em seguida, o recipiente é preenchido lentamente com água. Após o nível da água atingir a parte inferior do bloco, o alongamento da mola diminui até o momento em que o bloco fica completamente submerso, de acordo com o especificado na tabela a seguir.

Considerando os dados da tabela, calcule a densidade do bloco em relação à densidade da água.

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UFBA 2007

Em um recipiente transparente, cuja área dasecção transversal é igual a ��, é feita umapequena abertura A, de área �� , a uma altura�� , sendo �� muito maior que �� . Deve-seencontrar a altura da água, ��, de modo que, aoescoar pela pequena abertura, o filete de águaatinja um tubo de ensaio a uma distância x dorecipiente, como mostra a figura.

Sabe-se que a altura h1 pode ser determinada usando-se a equação de Bernoulli

� � �� ²

�� !"#!"� em qualquer ponto do fluido, sendo

• P a pressão estática externa, no caso a pressão atmosférica;• ρ a densidade do fluido;• V a velocidade em um ponto do fluido;• h a altura no ponto do fluido de velocidade V;• g a aceleração da gravidade local.

Com base nessas informações, — considerando que as velocidades �� e ��, nos pontos1 e 2, respectivamente, são tais que �� ∙ �� ∙ ��e desprezando quaisquer forças dissipativas—, mostre, utilizando a equação de Bernoulli, que �� ≅ �� %��&²/2�e calcule ��, para x=1m e �� 0,5�.



UFBA 2009

Um experimento interessante e de fácil execução pode serrealizado com uma fita de papel. Esse experimento consisteem aproximar a fita do lábio inferior e soprá-la, verificando-se, então, que ela se eleva.

Considerando que o papel utilizado tem a gramatura(massa por unidade de área) igual a 75,0g/m² e espessuradesprezível, que o módulo da aceleração da gravidade localé igual a 10,0m/s² e que a densidade do ar é de 1,3kg/m³,• explique por que o papel se eleva;• calcule a força resultante, por unidade de área, em umponto do papel, quando alguém sopra a fita comvelocidade de 2,0m/s.

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A tragédia de um vôo entre o Rio de Janeiro e Paris pôs em evidência um dispositivo,baseado na equação de Bernoulli, que é utilizado para medir a velocidade de um fluido, o chamado tubo de Pitot. Esse dispositivo permite medir a velocidade da aeronave com relação ao ar. Um diagrama é mostrado na figura. No dispositivo, manômetros são usados para medir as pressões pA e pB nas aberturas A e B, respectivamente.Considere um avião voando em uma região onde a densidade do ar é igual a 0,60kg/m³ e os manômetros indicam pA e pB iguais a 63630,0N/m² e a 60000,0N/m², respectivamente.Aplique a equação de Bernoulli nessa situação e determine a velocidade do avião com relação ao ar.

UFBA 2010



Uma forma de obter-se o coeficiente de viscosidade de líquidos é determinar a forçade atrito sofrida por uma esfera, de massa m e raio r, quando desce com velocidadeconstante de módulo v, dentro do líquido.Considere que somente agem na esfera o empuxo e as forças gravitacional e deresistência do líquido. Sendo conhecidas a densidade volumétrica de massa ρ dolíquido e a velocidade com que a esfera se desloca nele, determine o coeficiente deviscosidade η do líquido, sabendo que a força da resistência do líquido FR é igual a6πrηv.

UFBA 2011

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Gravitação

UFBA 2003

Considere-se um astro homogêneo de densidade μ e com a forma de uma esfera de raio R . Sendo a constante de gravitação universal igual a G, determine a expressão do módulo da aceleração da gravidade a uma distância R/2 do centro desse astro.


Termologia

UFBA 2003

Utilizando-se de princípios da Física, explique por que uma bola, feita com massa de modelar, abandonada em um recipiente com água, equilibra-se no fundo do recipiente, enquanto que essa bola, moldada na forma de um barquinho de papel, pode flutuar na superfície livre desse líquido.

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Termologia

UFBA 2007

Conta-se que o rei Heron, de Siracusa, encomendou a confecção de uma coroa de ouro e, desconfiado de que o ourives houvesse misturado prata ao ouro, solicitou de Arquimedes que encontrasse um meio de, sem destruir a coroa, identificar quais os materiais que foram usados na sua confecção. Em sala de aula, um professor de Física propôs aos alunos que fizessem uma investigação semelhante à que foi pedida pelo rei Heron, providenciando, para isso, dois cubos aparentemente iguais, com a mesma densidade de massa, sendo um de prata e outro de uma liga metálica revestida por fina camada de prata, de massa desprezível, a fim de que fossem identificados. Por sugestão dos alunos, foi realizado um experimento de transmissão de calor, colocando os cubos previamente aquecidos em dois recipientes iguais, A e B, termicamente isolados, contendo a mesma quantidade de água, e medindo-se as temperaturas nos dois recipientes até que fosse atingido o equilíbrio térmico.Com base nessa experiência e considerando que• os dois cubos, com arestas iguais a 10cm, são aquecidos à temperatura de 60°C e colocados em recipientes com 2 litros de água à temperatura de 20°C;• a prata tem densidade de massa igual a 10,9g/cm³ e calor específico 0,056cal/g°C;• a densidade de massa e o calor específico da água são iguais, respectivamente, a 1,0g/cm³ e a 1,0cal/g°C,Calcule a temperatura final no recipiente que contém o cubo de prata e justifique sob quecondição esse cubo pode ser identificado.


Termologia

Houve apenas um jogo do basquetebol de alta tecnologia. A ideia, que parecia promissora e queexigiu enormes investimentos, foi logo abandonada. Superatletas foram criados utilizandotécnicas de melhoramentos genéticos em células embrionárias dos melhores jogadores ejogadoras de todos os tempos. A bola, confeccionada com um material isolante térmico dealtíssima qualidade, era uma esfera perfeita. Os aros das cestas, círculos perfeitos, foram feitosde uma liga metálica, resultado de longa pesquisa de novos materiais.O ginásio de esportes foi reformulado para o evento, com um sistema de climatização ambientalpara assegurar que a temperatura se mantivesse constante em 20°C. A plateia, eramajoritariamente composta por torcedores do time local, entre os quais foram reconhecidoscientistas premiados e representantes de empresas de alta tecnologia. O jogo estava nos cincominutos finais e empatado. Aconteceu, então, um grande movimento na plateia. De um lado, ostorcedores pedem alimentos e bebidas quentes e iluminam a cesta com lanternasinfravermelhas. Do outro, da cesta do time local, todos querem sorvetes e bebidas geladas.Usou-se de todos os meios possíveis, inclusive alterando o sistema de climatização, para aquecera região em torno da cesta do time visitante e esfriar a do time local. Dois torcedores,representantes da tecnociência, colocados atrás das cestas conversavam ao telefone: — Aquiestá 19°C e aí? — Aqui está 21°C, vencemos! Terminado o jogo, o técnico do time visitantedesabafou: — Sujaram um bom jogo e mataram uma boa ideia. Explique, qualitativa equantitativamente, por que os dois torcedores tinham certeza de ter vencido e comente asopiniões do técnico visitante, considerando que o diâmetro da bola e dos aros são iguais,respectivamente, a 230,0mm e a 230,1mm e que o coeficiente de dilatação linear dos aros é4,8 ∙ 10�+º-��

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Termologia

UFBA 2011


Termologia

Em função da regularidade do movimento do pêndulo simples, com pequenas oscilações, foi possível construir os chamados relógios de pêndulo, que foram desenvolvidos para funcionar, com precisão razoável, nas regiões localizadas ao níveldo mar, a uma certa temperatura.Sabe-se que um homem que morava no topo de uma montanha muito alta emuito fria, comprou um relógio de pêndulo e notou, ao longo do tempo, que ele nãofuncionava adequadamente.Com base nessa informação e nos conhecimentos de Física,• identifique os fatores responsáveis pelo mau funcionamento desse relógio e indique a condição necessária para que ele funcione bem tanto ao nível do mar quanto em grandes alturas;• calcule o coeficiente de dilatação térmica da haste do pêndulo para que a condiçãonecessária seja restabelecida.

UFBA 2012

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Termodinâmica

UFBA 2004

Em uma reunião científica, um pesquisador informa ter obtido, de modo irrefutável, um resultado experimental que abalará os alicerces da Física, com repercussões sobre todas as ciências naturais, e mostra a gravação, em vídeo, do experimento realizado. O dispositivo experimental apresentado consiste de dois aquários iguais, isolados termicamente, postos lado a lado. Entre as faces laterais mais próximas dos aquários, um tubo, com uma torneira confeccionada com material isolante térmico, une os dois sistemas. Em cada aquário, há um termômetro, e um terceiro indica que a temperatura da sala é de, 20 ºC. O aquário do lado direito é preenchido com água misturada a um corante amarelo, à temperatura de 25 ºC, e o do lado esquerdo, com água e corante azul, a 15 ºC. Um relógio, posto acima dos aquários, marca o passar do tempo. O pesquisador abre a torneira, e os líquidos começam a se misturar. Passado algum tempo, a água adquire uma cor verde uniforme, e os termômetros marcam 20 ºC. Durante longo tempo, a plateia vê os aquários verdes e ouve o tiquetaque monótono do relógio. O pesquisador chama a atenção da plateia para o que vai acontecer. Aos poucos, espontaneamente, o aquário da esquerda volta a adquirir a cor amarela, e o da direita, a cor azul. Ao final do experimento, os termômetros dos aquários passam a indicar novamente os valores iniciais. O pesquisador conclui a sua fala, dizendo que a torneira contém um “diabinho” que permite a reversão do processo. Afirma ainda que apresentará à comunidade científica uma teoria consistente que explicará os fatos mostrados. O resultado apresentado causou celeuma no mundo científico, uma vez que suas repercussões seriam profundas. O pesquisador foi convidado a apresentar o experimento em outras reuniões científicas. Nessas palestras, nenhum dado novo foi acrescentado.


Termodinâmica

UFBA 2004 - continuação

Nessas palestras, nenhum dado novo foi acrescentado. A comunidade começou a desconfiar da validade do experimento e, pressionado, o pesquisador declarou que possivelmente havia se enganado, pois não conseguira, após várias tentativas, reproduzir os resultados do experimento original. Com base nas informações dessa narrativa, indique a lei física que o experimento pretendia violar, as repercussões que os resultados –– se verdadeiros –– poderiam ocasionar e analise o comportamento do pesquisador, do ponto de vista ético.

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Termodinâmica

UFBA 2005Duas esferas metálicas, A e B, de massas iguais e confeccionadas com materiais diferentes sãocolocadas perto de fontes idênticas de calor.As duas esferas recebem a mesma quantidade de calor e, após isso, são isoladas até atingiremo equilíbrio termodinâmico. Verifica-se que a variação da temperatura de A é duas vezes maiordo que a de B. Defina o calor específico, identificando todas as grandezas envolvidas nessa definição, e indique a razão entre os calores específicos das esferas A e B.


Termodinâmica

UFBA 2006

O gráfico ao lado foi obtido aquecendo-se lentamente um gás ideal, à pressão constante, entre as temperaturas de 20ºC e 80ºC e medindo-se o seu volume. Da análise do gráfico, observa-se que, se fosse possível diminuir a temperatura, cada vez mais, por extrapolação, poder-se-ia inferir que haveria uma temperatura para a qual o volume se tornaria nulo.

Explique o significado da temperatura para a qual o volume seria nulo e, baseando-se nos princípios da termodinâmica, comente a possibilidade de ser atingida essa temperatura.

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Termodinâmica

Um sistema termodinâmico composto por quatro moles de um gás ideal descreve ociclo representado no gráfico.Considerando a constante universal dos gases ideais R=8,3J/(mol.K), determine• os pontos nos quais o gás atinge a maior e a menor temperatura;• os valores dessas temperaturas;• o trabalho realizado pelo gás em cada trecho;• a diferença entre o calor por ele absorvido e o cedido ao meio exterior durante um ciclo.

UFBA 2008


Termodinâmica

UFBA 2009

Para determinar o calor latente de fusão do gelo, um grupo de estudantes realiza umexperimento que consiste em resfriar um volume de água usando-se cubos de gelo.Em um recipiente, colocam-se 10 litros de água, à temperatura de 60ºC, e, depois,adicionam-se cubos de gelo, cada um de massa igual a 100 g, à temperatura de 0ºC.Após serem colocados 40 cubos, a temperatura de equilíbrio atinge 20ºC.Supondo que não há perdas de calor e considerando a densidade absoluta da águaigual a 1kg/litro, e o calor específico, 1cal/gºC, escreva — identificando todos ostermos — a expressão referente às trocas de calor e calcule o valor do calor latente defusão do gelo.

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Ondulatória

UFBA 2003

A corda de um instrumento musical possui massa igual a 40g e encontra-sepresa, horizontalmente, em dois pontos fixos separados por 40cm. Aplicando-seuma tensão de módulo igual a 10N, a corda vibra, refletindo as vibrações nosextremos fixos, de modo a formar ondas estacionárias. De acordo com essasinformações, calcule, em unidades do Sistema Internacional, a frequênciafundamental do som emitido.


Ondulatória

UFBA 2003

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Ondulatória

UFBA 2004

O fundo do mar é completamente escuro. Uma maneira de “olhar” em volta éutilizando-se um aparelho chamado Sonar, que emite um pulso sonoro e “ouve” oeco refletido em um objeto distante. Considere que um Sonar localizado em umsubmarino em repouso, no fundo do mar, emite pulsos com frequência de20.000Hz, e que esses pulsos atingem objetos, A e B, retornando ao submarino, 12s e 16 s, respectivamente, após serem emitidos . Os pulsos que retornam de B têmfrequência suavemente alterada para 19.980 Hz, enquanto os que vêm de Amantêm a mesma frequência inicial. Sabe-se que a velocidade do som, na água, éde 1.500 m/s e que a água está parada em relação ao fundo do mar. Nessascondições, calcule a distância de cada objeto, A e B, ao submarino, no instante emque é atingido pelo pulso, e a velocidade de cada um deles, identificando ofenômeno físico associado à variação de frequência.


Ondulatória

UFBA 2006A ilustração mostra uma corda composta de duas partes de densidades lineares de massa distintas, .�e .� , ligada por uma das extremidades a um sistema massa-mola e, na extremidade oposta a um peso P. Uma onda é produzida na corda, deslocando, ao longo da guia, a massa M de sua posição de equilíbrio e soltando-a.

Considerando as quantidades características da propagação ondulatória - velocidade, comprimento de onda, frequência e fase - descreva, qualitativa e quantitativamente, a propagação da onda nas duas partes da corda, sabendo que 2.�= .�= 0,4kg/m, P=10N, a constante elástica da mola k é igual a 400N/m, e a massa da mola M é igual a 100kg.

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Ondulatória

UFBA 2007

Existe, no mercado, um produto denominado “trena sônica a laser”, cujo fabricante,nos detalhes técnicos, adverte que “o apontador laser serve apenas como mira para indicaro ponto em relação ao qual se quer medir a distância”.Identifique o fenômeno físico que está associado à medida efetuada por essa trena e —considerando a velocidade do som igual a 340m/s — indique o que efetivamente está sendomedido quando o visor do aparelho registrar a distância igual a 20 metros.


Ondulatória

UFBA 2008

Em uma sala fechada, em que as paredes, o teto e o assoalhoabsorvem o som, estudantes realizaram a montagem experimentalapresentada na figura: dois alto-falantes idênticos, separados poruma distância de 1,0m. Inicialmente, liga-se apenas um alto-falante,produzindo-se uma onda sonora de frequência /0 � 60023. Emseguida, ambos são ligados ao mesmo tempo, sendo produzida, porcada um deles, uma onda sonora idêntica à anterior.Ao caminhar-se paralelamente à parede oposta, observa-se que,• com apenas um dos alto-falantes ligado, a intensidade do somé aproximadamente uniforme e de valor 40;• com os dois alto-falantes funcionando, existem pontos em que,praticamente, não se ouve o som emitido, entremeados poroutros pontos onde a intensidade é aproximadamente igual a 440.Considerando a velocidade do som no ar igual a 340m/s,• determine o comprimento de onda da onda sonora;• explique os efeitos observados;• calcule a diferença entre as distâncias 5� e 5�, indicadas na figura,sabendo que P é o primeiro ponto no qual a intensidade sonora énula, a partir do ponto M, localizado frontalmente ao ponto médioentre os alto-falantes.

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Ondulatória

A maioria dos morcegos possui ecolocalização — um sistema de orientação elocalização que os humanos não possuem. Para detectar a presença de presas ou deobstáculos, eles emitem ondas ultrassônicas que, ao atingirem o obstáculo, retornamna forma de eco, percebido por eles. Assim sendo, ao detectarem a direção do eco e otempo que demora em retornar, os morcegos conseguem localizar eventuais obstáculosou presas.Um dispositivo inspirado nessa estratégia é a trena sônica, a qual emite uma ondasonora que é refletida por um obstáculo situado a uma distância que se deseja medir.Supondo que uma trena emite uma onda ultrassônica com frequência igual a 22,0kHz ecomprimento de onda igual a 1,5cm, que essa onda é refletida em um obstáculo e queo seu eco é detectado 0,4s após sua emissão, determine a distância do obstáculo,considerando que as propriedades do ar não mudam durante a propagação da onda e,portanto, a velocidade do som permanece constante.

UFBA 2011


Ondulatória

UFBA 2012Em 11 de março de 2011, após um abalo de magnitude 8,9 na escala Richter,ondas com amplitudes gigantes foram geradas no Japão. Tsunamis podem ser causados pordeslocamento de uma falha no assoalho oceânico, por uma erupção vulcânica ou pela queda deum meteoro. O tsunami, em alto mar, tem amplitude pequena, mas, mesmo assim, transportamuita energia. Sabe-se que a velocidade de propagação da onda, na superfície da água, é dada

por 6 � �� , em que g é o módulo da gravidade local e h, a profundidade da onda, que ocomprimento de onda diminui com a redução da profundidade e que a sua energia que sepropaga na superfície da água é simplificadamente dada por E = kvA², em que k é umaconstante, v é a velocidade de propagação da onda na superfície da água, e A é a amplitude daonda.

Da análise da figura e supondo que a onda se propaga sem nenhuma perda de energia, calcule• a velocidade da onda em �7 � 4000,0�de profundidade e em �8 � 10,0� de

profundidade, onde o módulo da aceleração da gravidade é igual a 10m/s²;• a amplitude da onda, 98, em 10,0m de

profundidade, sabendo que a amplitude da onda, 97, em 4000,0m de profundidade é 1,0m.

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Óptica

UFBA 2005

A cultura dos povos reflete, cada uma a sua maneira, a observação da natureza realizada durante muitos e muitos séculos. Um caso interessante é o do arco-íris. Na cultura africana ––e também nos cultos afro-brasileiros –– esse belo fenômeno da natureza é associado à divindade Oxumaré. Na Grécia antiga, à deusa Íris. Na tradição celta, diz-se que um pote de ouro pode ser encontrado no fim do arco-íris, guardado por duendes. Muitas outras interpretações desse fenômeno natural foram feitas pelos povos asiáticos, ameríndios, enfim, por todos os povos do planeta. O inglês Isaac Newton, em um laboratório rudimentar dentro de sua própria casa, separou, de um raio de luz solar, as sete cores do arco-íris. Descreva o modo como Newton realizou esse experimento e que propriedades da luz explicam esse fenômeno natural.


Óptica

A medida da velocidade da luz, durante muitos séculos, intrigou os homens. A figura mostra umdiagrama de um procedimento utilizado por Albert Michelson, físico americano nascido naantiga Prússia. Um prisma octogonal regular com faces espelhadas é colocado no caminhoóptico de um raio de luz. A luz é refletida na face A do prisma e caminha cerca de 36,0kmatingindo o espelho, no qual é novamente refletida, retornando em direção ao prismaespelhado onde sofre uma terceira reflexão na face C e é finalmente detectada na luneta.

O procedimento de Michelson consiste em girar o prisma de modo que, quando o pulso de luz retornar, encontre a face B exatamente no lugar da face C.

Considerando que a velocidade da luz é igual a 3,0 ∙ 10:;�/ e que a aresta do prisma é muito menor do que a distância entre o prisma e o espelho,• calcule o tempo que um pulso de luz gasta para percorrer, ida e volta, a distância do prisma espelhado até o espelho;• calcule a frequência de giro do prisma de modo que a face B esteja na posição da face C, quando o pulso de luz retornar.

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Óptica

UFBA 2012

As fibras ópticas são longos fios finos, fabricados com vidro ou materiais poliméricos, comdiâmetros da ordem de micrômetros até vários milímetros, que têm a capacidade de transmitirinformações digitais, na forma de pulsos de luz, ao longo de grandes distâncias, até mesmoligando os continentes através dos oceanos. Um modo de transmissão da luz através da fibraocorre pela incidência de um feixe de luz, em uma das extremidades da fibra, que a percorre pormeio de sucessivas reflexões. As aplicações das fibras ópticas são bastante amplas nastelecomunicações e em outras áreas, como a medicina, por exemplo. Uma vantagem importanteda fibra óptica, em relação aos fios de cobre, é que nela não ocorre interferênciaeletromagnética.

Supondo que uma fibra óptica encontra-se imersa no ar e

que o índice de refração da fibra óptica é igual a <

�, calcule o

maior ângulo de incidência de um raio de luz em relação ao eixo da fibra, para que ele seja totalmente refletido pela parede cilíndrica.


Eletrostática

UFBA 2012

Dois estudantes se preparavam para o vestibular e discutiam sobre associação de capacitores, como representada esquematicamente na figura. Um deles explicou que encontrou um resultado muito estranho, quando calculou a energia emuma associação de dois capacitores. O outro quis saber o que havia de estranho nos cálculos do colega e obteve a seguinte resposta:

“Enquanto estava no laboratório da escola, peguei um capacitor de capacitância C1= 6,0μF e o carreguei através de uma bateria de 12,0V, até que a tensão entre as placas medisse 12,0V e, em seguida, desliguei-o da bateria e liguei-o a um outro capacitor descarregado, de capacitância C2 = 4,0μF. Para isso, liguei primeiro a chave S1 e, depois, desliguei-a, ligando a chave S2. Medi, então, a tensão nos dois capacitores. Com os resultados obtidos, calculei a energia inicial do capacitor C1 antes de ligá-lo no outro capacitor e, depois, a energia final de cada um deles.Comparando os resultados antes e depois de ligar o segundo capacitor, encontrei uma discrepância nos valores da energia elétrica total armazenada nos capacitores.Não consegui achar o meu erro!”.Os dois estudantes resolveram refazer os cálculos, partindo dos resultado obtidos experimentalmente no laboratório e, também, não conseguiram saber onde estava o problema.

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Eletrostática

UFBA 2004

Um tabuleiro especial de fliperama consiste em duas câmaras, A e B,conforme a figura. Na câmara A, bolinhas de plástico idênticas, de massam, “levitam” sob a ação de um vento ascendente e, por atrito, adquiremcarga elétrica negativa.As bolinhas são introduzidas, uma de cada vez, na câmara B. Essacâmara, mantida sob vácuo, é um capacitor de placas paralelashorizontais, separadas por uma distância d, sendo a placa superiorsubmetida a um potencial mais alto. O jogo consiste em parar, na câmaraB, a bolinha. O jogador dispõe de um joystic com três botões: um para“zerar” o potencial e introduzir uma nova bola, e outros dois, paraaumentar ou diminuir a diferença de potencial entre as placas. Em cadajogada, somente uma bola permanece na câmara B. Um monitor registraos valores da diferença de potencial que permitiram parar as bolinhas.Uma competição foi criada para escolher o melhor jogador. O vencedor,depois de parar algumas bolinhas por tentativa e erro, concluiu que suatarefa foi facilitada, ao perceber que existia a seguinte relação entre osvalores das diferenças de potencial, V, que paravam as bolinhas: V0,V0/2, V0/3 ..., e assim por diante. Considerando que o campo elétrico,no interior do capacitor, é uniforme, determine a expressão para a cargadas bolinhas em função do seu peso, P, da distância, d, e da diferença depotencial, V0, identificando a propriedade da carga que esse jogoevidencia.


Eletrodinâmica

Considerando que não houve erro nas medidas do laboratório e sendo a energia

potencial elétrica = ��

�->² e a definição de capacitância - �

?

@,calcule a energia

na associação dos dois capacitores e apresente uma explicação qualitativa para osresultados. Para isso,• encontre a energia inicial do capacitor -�;• ache as energias dos dois capacitores;• compare os resultados, inicial e final das energias;• explique seus resultados de acordo com a Física.

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Eletromagnetismo

UFBA 2003


Eletromagnetismo

UFBA 2004

Nos anos 2001 e 2002, os brasileiros sofreram com o racionamento de energiaelétrica, chamado por muitos de apagão. A importância da energia elétrica na vidado homem foi testada pela sua supressão. Uma ampla discussão foi realizada nasociedade, envolvendo as formas alternativas de geração de energia elétrica, apartir da energia solar, dos ventos e de resíduos orgânicos, entre outras, temaque despertou o interesse dos mais variados grupos sociais. Uma dessas formasalternativas é a energia eólica, dos ventos, energia limpa e praticamenteinesgotável. Existem “usinas eólicas”, atualmente, em muitos países. No Brasil,várias dessas “usinas” já estão em funcionamento. No Nordeste brasileiro, aestação de ventos mais intensos não coincide com a de maior fluxo de água do rioSão Francisco e, assim, água e vento podem ser recursos complementares naprodução de energia elétrica. Considerando a importância da energia elétrica nasociedade contemporânea, descreva as etapas do processo de transformação deenergia em uma “usina eólica”, destacando o funcionamento do gerador elétricoe apresentando a lei física associada à produção de energia elétrica.

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Eletromagnetismo

UFBA 2005

Na balança de corrente da figura, o “prato” da direita é um fio de comprimento L submetido auma força magnética. Quando uma certa massa é colocada no prato da esquerda, o equilíbrio éobtido, ajustando-se a corrente medida no amperímetro.Considerando que o campo magnético no “prato” da direita é igual a 0,10T, que o amperímetroindica uma corrente igual a 0,45 A, que L = 10cm e que a aceleração da gravidade local éigual a 10m/s², calcule o valor da massa que deve ser colocada no prato da esquerda paraequilibrar a balança.Suponha que, na ausência de corrente e de massa, a balança está perfeitamente equilibrada.

A figura mostra a representação esquemáticade uma balança de corrente que equivale auma balança convencional de dois pratos, uminstrumento de medida milenar, que, além doseu emprego usual, é o símbolo da justiça natradição romana. Em uma balança de doispratos, a determinação da quantidade demassa de um corpo é feita por comparação, ouseja, quando a balança está equilibrada, sabe-se que massas iguais foram colocadas nos doispratos.


Eletromagnetismo

UFBA 2006

O dispositivo experimental mostrado no diagrama aolado foi usado para detectar a presença de deutério, D,- isótopo do hidrogênio, H, cujo núcleo é composto deum próton e um nêutron - em uma amostra dehidrogênio molecular. Na fonte f, íons H+ e D+ sãoproduzidos pela dissociação e ionização da amostra elançados, em alta velocidade, no interior da região 1,

na qual atuam os campos elétrico =e magnético A,uniformes e perpendiculares entre si. Na região 2, age,

unicamente, o campo magnético A.

As amplitudes de = e A e podem ser ajustadas, e os íons atingem a região 1 com velocidade perpendicular aos campos.Considere• = � 500B/- e A � 1,0 ∙ 10��C, as amplitudes dos campos;• 1,6 ∙ 10��D-e 1,67 ∙ 10��F;�, a carga e a massa do próton respectivamente;• a massa do nêutron aproximadamente igual à do próton.Com base nessas informações e desprezando a ação da gravidade, calcule a velocidade de umapartícula carregada (de qualquer espécie) que atinge a janela J e penetra na região 2 e descreva, qualitativa e quantitativamente, a trajetória dos íons H+ e D+ nessa região.

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Eletromagnetismo

UFBA 2007

Em uma região onde existe um campo magnético uniforme B = 0,2T na direção vertical, uma barra metálica — de massa desprezível, comprimento l = 1m e resistência elétrica R = 0,5Ω — desliza sem atrito, sob a ação de um peso, sobre trilhos condutores paralelos de resistência desprezível, conforme a figura.

Sabendo que o circuito formado pela barra e pelos trilhos está contido em um plano horizontal e que, após alguns instantes, a barra passa a se mover com velocidade constante, identifique a origem da força que equilibra o peso e, considerando a massa M=40g e a aceleração da gravidade g=10m/s², calcule o valor da velocidade constante.


Eletromagnetismo

Dois fios condutores retilíneos são sobrepostos ortogonalmente, sem haver contato entre eles, conforme ilustra a figura.Considerando a permeabilidade magnética do meio igual a .0 e sabendo que uma corrente elétrica, i, passa em ambos os fios, determine as características do campo magnético — módulo, direção e sentido —, devido a essa configuração, nos pontos C e D que distam, respectivamente, d1 e d2, d2 < d1, desses condutores

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Eletromagnetismo

Uma haste de cobre com 10,0cm de comprimento e massa igual a 3,0g pode deslizar livremente entre dois trilhos metálicos verticais fixos. O conjunto é posto entre os polos de um imã que produz um campo magnético considerado uniforme, de intensidade igual a 0,1Wb/m². Uma bateria faz circular uma corrente através da haste de cobre, de acordo com o indicado na figura.

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Com base nessas informações,• identifique as forças que atuam na haste quando ela está em movimento e explique por que essas forças ocorrem;• calcule a corrente que faz com que a haste fique suspensa e parada em um local onde o módulo da aceleração da gravidade é igual a 10,0m/s².


Eletromagnetismo

Uma partícula carregada negativamente comcarga de módulo igual a 1,6 ∙ 10��D-, movendo-se com velocidade de módulo 1,0 ∙ 10F, penetraem uma região na qual atua um campomagnético uniforme, de intensidade igual a, 5 ∙ 10�<C, conforme a figura. Sabendo-se que apartícula descreve uma trajetória circular de raioigual a 4,0cm, calcule a sua massa, desprezando aação gravitacional.

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Eletromagnetismo

UFBA 2011


Eletromagnetismo

Duas partículas com cargas G�e G� � 2G� e massas �� 4�� são aceleradas por uma mesma diferença de potencial >, %�H I �J&, a partir de uma fonte F, e lançadas para

dentro de uma região imersa em um campo de indução magnética A, (saindo perpendicularmente do plano do papel), com o vetor velocidade formando um ângulo de

90º com A

Nessas condições, calcule a razão entre

• as velocidades das partículas ao entrarem na região de campo A e o sinal da cargadessas partículas, se elas entram na janela =K e saem na =L, considerando que =Lpode se deslocar para permitir a saída das partículas;

• os raios das trajetórias das partículas, se elas entrassem na região A com a mesmavelocidade.

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Física Moderna

UFBA 2003


Física Moderna

UFBA 2004

As leis de conservação da energia e da quantidade de movimento são gerais evalem para qualquer situação. Um caso simples é o de um decaimento radioativoalfa. Um núcleo pai, em repouso, divide-se, gerando dois fragmentos, um núcleofilho e uma partícula alfa. Os fragmentos adquirem energia cinética, que édenominada energia de desintegração. Isso ocorre, porque uma parte da massado núcleo pai se transforma em energia cinética desses fragmentos, segundo a leide equivalência entre massa e energia, proposta por Einstein. Um exemplo dodecaimento é o de um dos isótopos radioativos do Urânio, que se transforma emTório, emitindo uma partícula alfa, um núcleo de Hélio, ou seja:

Na notação empregada, o número inferior refere-se à carga nuclear, e o superior, àmassa aproximada do núcleo respectivo. Sabe-se que o núcleo de Urânio está emrepouso, e a energia de desintegração é Q = 5,40 MeV.Considerando as leis de conservação e o fato de a mecânica newtoniana permitir,com boa aproximação, o cálculo das energias cinéticas, determine a energiacinética da partícula alfa.

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Física Moderna

O tsunami que atingiu o Japão em 11 de março de 2011 também comprometeu asegurança da estação nuclear em Fukushima. A planta inteira foi inundada, os sistemasde resfriamento foram desativados, e os reatores começaram a superaquecer,ocasionando explosões e incêndios, provocando o vazamento de radionuclídeos.A fissão nuclear consiste na quebra de um núcleo atômico resultando em novosnúcleos e nêutrons. A reação tem início pela absorção de um nêutron e produz grandeenergia, porque a massa total dos novos elementos é menor que a do núcleo original,e a diferença de massa é transformada em energia. Essa energia é distribuídaprincipalmente em forma de energia cinética dos núcleos e nêutrons produzidos e emenergia de radiação M.

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Física Moderna

UFBA 2012 – Continuação

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Física Moderna

UFBA 2005

A função trabalho é a quantidade mínima de energia necessária para arrancar um elétron dasuperfície. A quantidade hf representa a energia de uma “partícula de luz” –– um fóton. Estava,então, colocada a dualidade onda-partícula.Um experimento, para determinar a constante de Planck, pode ser realizado, usando-se aequação de Einstein. Em um capacitor de placas paralelas, no vácuo, os elétrons são arrancadosda placa positiva, fazendo-se incidir nela uma onda eletromagnética, luz ou radiação ultravioleta.O aparecimento de uma corrente elétrica indica o fluxo desses elétrons entre as placas docapacitor. Uma diferença de potencial Vo aplicada entre as placas do capacitor é ajustada osuficiente para fazer com que a corrente desapareça e, nesse caso, tem-se que eVo = Ecinética,em que e é a carga do elétron.

Em 1905, Albert Einstein explicou teoricamente o efeito fotoelétrico e, em carta a um amigo,reconheceu ser esse “um trabalho revolucionário”. Atualmente esse efeito é muito utilizado emalarmes de raios laser e no acendimento automático da iluminação pública, dentre outrasaplicações.A equação que, segundo Einstein, explica esse efeito é escrita como Ec = hf – U, na qual• Ec é a energia cinética máxima dos elétrons arrancados da superfície;• f é a freqüência da onda eletromagnética incidente;• h é uma constante universal proposta, pela primeira vez, pelo físico alemão Max Planck;• U é a função trabalho.


Física Moderna

UFBA 2005 - continuação

O resultado desse experimento realizado emuma superfície de cobre é expresso na tabela.

Com base nessas informações e nos dados databela, determine a constante de Planck, h, e afunção trabalho, U, do cobre, considerando� � 1,6 ∙ 10��D-

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Física Moderna

Quando um feixe luminoso passa através de um prisma, ele se decompõe em um espectro decores que correspondem às luzes de diversos comprimentos de onda que compõem o feixe.Um gás monoatômico rarefeito, contido em uma ampola de vidro, é submetido a uma descargaelétrica e produz uma luz que, ao passar através de um prisma, decompõe-se em um espectro deraias coloridas, cujo padrão é característico do gás. A primeira explicação teórica para esseespectro, com base na teoria atômica, foi dada, em 1913, por Niels Bohr que, partindo do modeloatômico de Rutherford, estabeleceu um conjunto de postulados a partir dos quais era possívelexplicar, dentre outras coisas, o espectro observado. Esses postulados estabelecem que oselétrons giram ao redor do núcleo, em órbitas circulares estáveis, nas quais eles podempermanecer sem perder energia, que as órbitas são quantizadas, possuindo, cada uma, um valordiscreto de energia, e que o elétron, quando é forçado a mudar de uma órbita para outra, absorveou libera uma determinada quantidade de energia.Com base nos postulados de Bohr, explique a produção das linhas espectrais observadas.

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Física Moderna

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Física Moderna

Os elétrons de um metal podem ser arrancados por aquecimento — o que é conhecido comoefeito termiônico — ou por iluminação através de uma radiação eletromagnética, processodenominado de efeito fotoelétrico. Nesse último processo, existe uma frequência mínima daradiação, dita frequência de corte, abaixo da qual os elétrons deixam de ser arrancadosindependentemente da intensidade da radiação. Além disso, as energias cinéticas dos elétronsejetados não dependem da intensidade da radiação, sendo, para um dado material, funçãoexclusiva da frequência. Esses resultados contradizem a hipótese ondulatória da radiaçãoeletromagnética. Uma explicação desse fenômeno foi proposta por Albert Einstein em 1905 erepresentou uma revolução acerca da natureza da luz.A partir dessas informações,• apresente a hipótese de Einstein e justifique a existência de uma frequência de corte;• explique a mencionada dependência exclusiva da energia cinética dos elétrons ejetadoscom a frequência da radiação.

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Física Moderna

Nos tempos atuais, a Medicina tem utilizado vários métodos de diagnóstico,oriundos de pesquisas em Física, chamados de “métodos de imagem”. Tais recursostornaram-se possíveis pela compreensão da estrutura da matéria, através dosexperimentos realizados por diversos cientistas a partir do início do século XX. Umexperimento realizado em 1911, que ficou conhecido como experimento deRutherford, foi de grande importância para desvendar a estrutura da matéria.Descreva o experimento de Rutherford e indique as suas repercussões para a Física.

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Física Moderna

A produção de energia no Sol, que possibilitou a vida na Terra, é, em grande parte,relacionada às reações nucleares que transformam quatro prótons em um núcleo dehélio, 2� � �+ . Nessas reações, uma parte da massa é transformada em energia.Calcule, usando a equação de Einstein, a quantidade de energia liberada nessas reações, considerando a velocidade da luz 3,0 ∙ 10��/ e as massas do próton e do núcleo de hélio iguais a 1,673 ∙ 10��F;� e 6,645 ∙ 10��F, respectivamente.

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provas por assunto 2

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