1ª Fase - COMVEST€¦ · “Gelo combustível” ou “gelo de fogo” é como são chamados os . hidratos de metano que se formam a temperaturas muito baixas, em condições de

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1ª Fase - Física

Introdução O objetivo da prova de Física foi avaliar o domínio de conceitos básicos da ciência em questão e sua aplicação na análise dos dados ou fatos propostos. Procurou-se, na medida do possível, contextualizar o conteúdo exigido, fazendo-se referência a situações comuns da vida cotidiana ou a fatos científicos, alguns amplamente divulgados pela mídia. Nesse sentido, foram propostas questões sobre aquecimento de água usando energia solar, o lançamento do primeiro satélite geoestacionário brasileiro em 2017, fontes alternativas de energia como o gelo de fogo e sobre materiais especiais com propriedades interessantes para aplicações tecnológicas, como os isolantes topológicos e os materiais termoelétricos.

Questão 40 Situado na costa peruana, Chankillo, o mais antigo observatório das Américas, é composto por treze torres que se alinham de norte a sul ao longo de uma colina. Em 21 de dezembro, quando ocorre o solstício de verão no Hemisfério Sul, o Sol nasce à direita da primeira torre (sul), na extrema direita, a partir de um ponto de observação definido. À medida que os dias passam, a posição em que o Sol nasce se desloca entre as torres rumo à esquerda (norte). Pode-se calcular o dia do ano, observando-se qual torre coincide com a posição do Sol ao amanhecer. Em 21 de junho, solstício de inverno no Hemisfério Sul, o Sol nasce à esquerda da última torre na extrema esquerda e, à medida que os dias passam, vai se movendo rumo à direita, para reiniciar o ciclo no dezembro seguinte. Sabendo que as torres de Chankillo se posicionam ao longo de 300 metros no eixo norte-sul, a velocidade escalar média com a qual a posição do nascer do Sol se desloca através das torres é de aproximadamente

a) 0,8 m/dia.

b) 1,6 m/dia.

c) 25 m/dia.

d) 50 m/dia.

Objetivo da Questão A questão aborda conceitos de velocidade escalar média usando como contexto uma fotografia do observatório de Chankillo, na costa peruana, mostrando a posição do Sol e as treze torres que se alinham de norte a sul ao longo de uma colina.

Alternativa Correta: B

300 m 1,6 m/dia

6 meses 30 dias v

Norte Sul

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1ª Fase - Física

Desempenho dos candidatos

Comentários Gerais Questão considerada de grau de dificuldade fácil pela Banca Elaboradora. Confirmou-se o esperado alto índice de acerto dos candidatos, como mostra o gráfico acima.

Questão 41 Recentemente, a agência espacial americana anunciou a descoberta de um planeta a trinta e nove anos-luz da Terra, orbitando uma estrela anã vermelha que faz parte da constelação de Cetus. O novo planeta possui dimensões e massa pouco maiores do que as da Terra e se tornou um dos principais candidatos a

abrigar vida fora do sistema solar. Considere este novo planeta esférico com um raio igual a 2P TR R e

massa 8P TM M , em que TR e TM são o raio e a massa da Terra, respectivamente. Para planetas

esféricos de massa M e raio R , a aceleração da gravidade na superfície do planeta é dada por2

GMg

R ,

em que G é uma constante universal. Assim, considerando a Terra esférica e usando a aceleração da

gravidade na sua superfície, o valor da aceleração da gravidade na superfície do novo planeta será de a) 5 m/s

2.

b) 20 m/s

2.

c) 40 m/s

2.

d) 80 m/s

2.

Objetivo da Questão Usando como contexto a recente descoberta de um planeta com características semelhante às da Terra pela agência espacial americana, esta questão demanda do candidato a utilização das expressões fornecidas no enunciado para o cálculo do valor da aceleração da gravidade na superfície do novo planeta.

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1ª Fase - Física


2 2

22 2 2

8 82 2 2 10 m/s 20 m/s

4 2

TP T TP T

P T TT

G MGM GM GMg g

R R RR


Comentários Gerais Questão considerada de grau de dificuldade fácil pela Banca Elaboradora. Esperava-se um alto índice de acerto dos candidatos, expectativa que foi confirmada, conforme mostra o gráfico acima.

Questão 42 O primeiro satélite geoestacionário brasileiro foi lançado ao espaço em 2017 e será utilizado para comunicações estratégicas do governo e na ampliação da oferta de comunicação de banda larga. O foguete que levou o satélite ao espaço foi lançado do Centro Espacial de Kourou, na Guiana Francesa. A massa do

satélite é constante desde o lançamento até a entrada em órbita e vale 36,0 10 kg.m O módulo de sua

velocidade orbital é igual a 33,0 10 m/s.orv Desprezando a velocidade inicial do satélite em razão do

movimento de rotação da Terra, o trabalho da força resultante sobre o satélite para levá-lo até a sua órbita é igual a a) 2 MJ. b) 18 MJ. c) 27 GJ. d) 54 GJ.

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1ª Fase - Física

Objetivo da Questão Tendo como contextualização o lançamento do primeiro satélite geoestacionário brasileiro ocorrido em 2017, a questão exigia do candidato a utilização do teorema do Trabalho-Energia Cinética para calcular o trabalho da força resultante sobre o satélite para levá-lo até a sua órbita.

Alternativa Correta: C

2

2 3 3 91 16 10 3 10 27 10 J 27 GJ

2 2C orbE mv


Comentários Gerais Questão considerada de grau de dificuldade entre médio e difícil pela Banca Elaboradora. Esperava-se um índice de erros superior ao de acertos dos candidatos. De fato, isso ocorreu, como observado no gráfico acima, mas com uma boa distribuição da opção de escolha dos candidatos entre as quatro alternativas. O erro frequente de escolha da alternativa b) mostrado no gráfico seria decorrente da realização do produto dos valores numéricos fornecidos na questão, ignorando os conceitos físicos envolvidos.

Questão 43 Em junho de 2017 uma intensa onda de calor atingiu os EUA, acarretando uma série de cancelamentos de voos do aeroporto de Phoenix no Arizona. A razão é que o ar atmosférico se torna muito rarefeito quando a temperatura sobe muito, o que diminui a força de sustentação da aeronave em voo. Essa força, vertical de

baixo para cima, está associada à diferença de pressão P entre as partes inferior e superior do avião.

Considere um avião de massa total 53 10 kgm em voo horizontal. Sendo a área efetiva de sustentação

do avião 2500 mA , na situação de voo horizontal P vale

5x10

3 N/m

2.

6

1ª Fase - Física

6x103 N/m

2.

1,5x10

6 N/m

2.

1,5x10

8 N/m

2.

Objetivo da Questão A questão aborda a relação entre força e pressão no contexto da intensa onda de calor que atingiu os EUA em junho de 2017, acarretando uma série de cancelamentos de voos no aeroporto de Phoenix no Arizona pelo fato de o ar atmosférico se tornar muito rarefeito quando a temperatura sobe muito, o que diminui a força de sustentação da aeronave em voo.


5 23 2

2

3 10 kg 10 m/s6 10 N/m

500 m

mgP

A


Comentários Gerais Questão considerada de grau de dificuldade entre fácil e médio pela Banca Elaboradora. Esperava-se um índice de acertos superior ao de erros. De fato, isso ocorreu, como observado no gráfico acima, mas ainda com um bom índice de discriminação.

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1ª Fase - Física

Questão 44 “Gelo combustível” ou “gelo de fogo” é como são chamados os hidratos de metano que se formam a temperaturas muito baixas, em condições de pressão elevada. São geralmente encontrados em sedimentos do fundo do mar ou sob a camada de solo congelada dos polos. A considerável reserva de gelo combustível no planeta pode se tornar uma promissora fonte de energia alternativa ao petróleo. Considerando que a combustão completa de certa massa de gelo combustível libera uma quantidade de energia igual a 7,2 MJE , é correto afirmar

que essa energia é capaz de manter aceso um painel de LEDs de potência 2 kWP por um intervalo de

tempo igual a a) 1 minuto

b) 144 s.

c) 1 hora.

d) 1 dia.

Objetivo da Questão A questão exigia do candidato conhecimento da relação entre energia e potência. O contexto do problema

proposto é o potencial uso de do “gelo de fogo” como fonte de energia alternativa ao petróleo.


6

3

7,2 10 J3600 s 1 hora

2 10 W

Et

P


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1ª Fase - Física

Comentários Gerais A partir do resultado do desempenho dos candidatos, a questão foi considerada fácil. Essa era a expectativa da Banca Elaboradora, pois os conceitos envolvidos são amplamente abordados no Ensino Médio e os cálculos são diretos e simples.

Questão 45 Um conjunto de placas de aquecimento solar eleva a temperatura da água de um reservatório de 500 litros de 20

oC para 47

oC em algumas horas. Se no lugar das placas solares fosse usada uma resistência

elétrica, quanta energia elétrica seria consumida para produzir o mesmo aquecimento? Adote 1,0 kg/litro para a densidade e 4,0 kJ/(kg∙

oC) para o calor específico da água. Além disso, use 1 kWh = 10

3 W x 3.600 s

= 3,6 x 106 J.

a) 15 kWh. b) 26 kWh. c) 40.000 kWh. d) 54.000 kWh.

Objetivo da Questão A questão versa sobre Termologia e trata do cálculo da energia necessária para aquecer a água de um reservatório doméstico. Além disso, a questão requer a conversão da unidade de energia para kWh, comumente usada em medidores e contas de energia elétrica.

Alternativa Correta: A

o o

o 6

1,0 kg 4,0 kJ 1,0 kWh500 litros 47 C - 20 C 15 kWh

litro kg C 3,6 10 JE


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1ª Fase - Física

Comentários Gerais A questão foi considerada de grau de dificuldade médio, a partir do resultado do desempenho dos candidatos. Novamente, os conceitos envolvidos são simples e amplamente abordados no Ensino Médio. Os cálculos são diretos, porém envolvem uma etapa adicional de conversão de unidade.

Questão 46 Nos últimos anos, materiais exóticos conhecidos como isolantes topológicos se tornaram objeto de intensa investigação científica em todo o mundo. De forma simplificada, esses materiais se caracterizam por serem isolantes elétricos no seu interior, mas condutores na sua superfície. Desta forma, se um isolante topológico

for submetido a uma diferença de potencial U , teremos uma resistência efetiva na superfície diferente da

resistência do seu volume, como mostra o circuito equivalente da figura abaixo. Nessa situação, a razão

S

V

iF

i entre a corrente Si que atravessa a porção condutora na superfície e a corrente Vi que atravessa a

porção isolante no interior do material vale

a) 0,002.

b) 0,2.

c) 100,2.

d) 500. Objetivo da Questão A questão cobra do candidato conhecimentos de eletricidade, em particular a relação entre tensão, resistência e corrente elétrica. O contexto considerado é o do comportamento de novos materiais com propriedades físicas não usuais, nos quais a resistividade/condutividade elétrica varia do interior para a superfície do material.

Alternativa Correta: D

100500

0,2S S V

V SV

Ui R R

FUi R

R

.

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1ª Fase - Física


Comentários Gerais A questão foi considerada de grau de dificuldade médio. Pouco menos da metade dos candidatos assinalou a alternativa correta. Os conceitos de eletricidade abordados são básicos, mas a solução requer atenção do candidato na interpretação do circuito e no seu equacionamento.

Questão 47 Materiais termoelétricos são aqueles com alto potencial de transformar calor em energia elétrica. A

capacidade de conversão de calor em eletricidade é quantificada pela grandeza 2S

F T

, que é

adimensional e função da temperatura T e das propriedades do material: resistividade elétrica ,

condutividade térmica , coeficiente Seebeck S . O gráfico a seguir mostra em função de T para certo

material termoelétrico. Analisando o gráfico e considerando = 2,0 W/(m K) e = 300 V/KS para esse

material, a uma temperatura 300 KT , conclui-se que a grandeza F desse material a essa temperatura

vale

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1ª Fase - Física

a) 0,003.

b) 0,6.

c) 0,9.

d) 90.

Objetivo da Questão O objetivo da questão é avaliar a capacidade do candidato de fazer a leitura de uma grandeza física em um gráfico (no caso, a resistividade elétrica na temperatura de 300 K) e, em seguida, utilizar esse dado no cálculo da figura de mérito F para certo material. Para isso, deve utilizar a expressão fornecida para F e substituir corretamente todos os parâmetros necessários, que também foram fornecidos. A capacidade de interpretação do texto da questão e de uso dos dados também é avaliada.


3

22

3

( 300 K) 1,5 10 cm

300 μV/K300 K 0,9

1,5 10 cm 2,0 W/(m K)

T

SS T


Comentários Gerais A partir do resultado do desempenho dos candidatos, a questão foi considerada de grau de dificuldade médio, dentro da expectativa da Banca Elaboradora. A leitura do gráfico exige especial atenção do candidato, bem como o adequado uso dos dados e o cálculo do valor de F.

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Questão 48 Uma lente de Fresnel é composta por um conjunto de anéis concêntricos com uma das faces plana e a outra inclinada, como mostra a figura (a). Essas lentes, geralmente mais finas que as convencionais, são usadas principalmente para concentrar um feixe luminoso em determinado ponto, ou para colimar a luz de uma fonte luminosa, produzindo um feixe paralelo, como ilustra a figura (b). Exemplos desta última aplicação são os faróis de automóveis e os faróis costeiros. O diagrama da figura (c) mostra um raio luminoso que passa por um dos anéis de uma lente de Fresnel de acrílico e sai paralelamente ao seu eixo. Se sen(θ1) = 0,5 e sen(θ2) = 0,75, o valor do índice de refração do acrílico é de

a) 1,50. b) 1,41. c) 1,25. d) 0,66.

Objetivo da Questão O assunto da questão é a Óptica Geométrica, em particular a refração sofrida por um raio luminoso. O candidato deve demonstrar conhecimento da Lei de Snell-Descartes. O contexto da questão é a aplicação da lei da refração em lentes de Fresnel, presentes em dispositivos como os faróis dos automóveis.


1 1 2 2

2 ar

2 ar

2 21

1

n sen(θ ) n sen(θ )

n n 1

sen(θ ) sen(θ ) 0,75

n sen(θ ) 1 0,75n 1,5

sen(θ ) 0,5

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1ª Fase - Física


Comentários Gerais A questão foi considerada fácil, com um índice de acerto superior a 50%. Trata-se de uma aplicação direta da Lei de Snell-Descartes, envolvendo contas bastante simples .

INTERDISCIPLINARES

Questão 38 (INGL + FIS) The modern F=ma form of Newton's second law occurs nowhere in any edition of the Principia even though he had seen his second law formulated in this way in print during the interval between the second and third editions in Jacob Hermann's Phoronomia of 1716. Instead, it has the following formulation in all three editions: A change in (1) ________ is proportional to the motive (2) ________ impressed and takes place along the (3) _________ line in which that force is (4)________. In the body of the Principia this law is applied both to (5) _______ cases, in which an instantaneous impulse such as from impact is effecting the change in motion, and to cases of (6) _______ action, such as the change in motion in the continuous deceleration of a body moving in a resisting medium. Newton thus appears to have intended his second law to be neutral between discrete forces (that is, what we now call impulses) and continuous forces. (Adaptado de George Smith, "Newton's Philosophiae Naturalis Principia Mathematica", em Edward N. Zalta (ed.), The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Winter 2008 Edition). Disponível em https://plato.stanford.edu/archives/win2008/entries/newton-principia/. Acessado em 24/10/2017.)

Assinale a alternativa que apresenta a sequência adequada de palavras que preenchem as lacunas do texto acima, para que os conceitos utilizados estejam corretos. a) Motion, force, straight, impressed, discrete, continuous. b) Force, motion, impressed, straight, discrete, continuous. c) Motion, force, impressed, straight, continuous, discrete.

d) Force, motion, straight, impressed, continuous, discrete.

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1ª Fase - Física

Objetivo da Questão A questão é interdisciplinar e envolve conhecimentos de Física e Inglês. A partir de um texto em inglês adaptado de George Smith, a questão exige do candidato o entendimento conceitual da segunda Lei de Newton e a capacidade interpretativa da língua inglesa para completar as lacunas na sequência correta.

Alternativa Correta: A A força causa mudança no movimento, e não o contrário, o que elimina as alternativas b) e d). Além disso, a mudança no movimento se dá na direção da força, o que indica ser correta a alternativa a). Finalmente, os termos “discreto” e “contínuo” contidos na alternativa a) referem-se respectivamente às expressões “impulso instantâneo de um impacto” e “desaceleração contínua de um corpo em meio resistivo” contidas no texto.


Comentários Gerais Questão considerada de dificuldade média pela Banca Elaboradora, pelo fato de o candidato ter que utilizar conceitos de Física em inglês. Esperava-se um bom poder de discriminação da questão, com uma distribuição igualitária entre o índice de erros e acertos dos candidatos. Tal expectativa foi confirmada, como observado no gráfico acima.

Questão 39 (MAT + FIS) A figura abaixo ilustra uma alavanca que gira em torno do ponto O. Dois triângulos, do mesmo material e de mesma espessura, estão presos por fios de massa desprezível nos extremos da alavanca. Um triângulo é equilátero; o outro é retângulo e isósceles, e sua hipotenusa tem o mesmo comprimento que os lados do triângulo equilátero. Note que, neste caso, o peso dos objetos é proporcional à sua área. Conclui-se que, na condição de equilíbrio da alavanca, a razão das distâncias, i/e, é igual a

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1ª Fase - Física

a) √3.

b) √3/3. c) 2. d) 3.

Objetivo da Questão A questão é interdisciplinar e envolve conceitos de e Física e Matemática. Para resolver a questão, o candidato teve que calcular a área do triângulo equilátero e do triângulo retângulo e isósceles e aplicar o conceito físico de equilíbrio dos torques presentes na situação.


triângulo equilátero triângulo isósceles

2 2

Área Área

3 1L L

4 4

3

e i

e i

i

e


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1ª Fase - Física

Comentários Gerais Questão considerada de grau de dificuldade entre médio e difícil pela Banca Elaboradora, pelo fato de o candidato ter que ser capaz de calcular as áreas dos triângulos, interpretar do enunciado que o peso dos objetos é proporcional às suas áreas e aplicar o conceito de equilíbrio dos torques. Esperava-se um bom poder de discriminação da questão, com um índice de erros um pouco maior do que de acertos dos candidatos. A expectativa foi confirmada, como observado no gráfico acima.

Questão 60 (QUI + FIS) A galvanoplastia consiste em revestir um metal por outro a fim de protegê-lo contra a corrosão ou melhorar sua aparência. O estanho, por exemplo, é utilizado como revestimento do aço empregado em embalagens de alimentos. Na galvanoplastia, a espessura da camada pode ser controlada com a corrente elétrica e o tempo empregados. A figura abaixo é uma representação esquemática desse processo.

Considerando a aplicação de uma corrente constante com intensidade igual a 9,65 x 10

-3 A, a massa

depositada de estanho após 1 min 40 s será de aproximadamente

a) 0,6 mg e ocorre, no processo, a transformação de energia química em energia elétrica. b) 0,6 mg e ocorre, no processo, a transformação de energia elétrica em energia química. c) 1,2 mg e ocorre, no processo, a transformação de energia elétrica em energia química. d) 1,2 mg e ocorre, no processo, a transformação de energia química em energia elétrica. Dados: 1 mol de elétrons corresponde a uma carga de 96.500 C; Sn: 119 g∙mol

-1.

Objetivo da Questão A questão apresenta um problema interdisciplinar envolvendo conceitos de Física e de Química. No problema, é abordado o processo de galvanoplastia. O candidato deve saber encontrar a carga depositada a partir da corrente e do tempo e, em seguida, calcular a massa de estanho depositada, sabendo-se que na reação cada mol de estanho requer 2 moles de elétrons. Além disso, deve entender a natureza da conversão de energia que ocorre na reação.

Alternativa Correta: B 3

depositada 9,65 10 (C/s) 100 s 0,965 CQ

Cada átomo de estanho corresponde à carga de dois elétrons. Assim a massa de estanho depositada m é:

1 1 mol g0,965 C 119 0,6 mg

2 96500 C molm

Nesse processo ocorre a transformação de energia elétrica em energia química.

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Comentários Gerais A questão foi considerada difícil. Menos de um terço dos candidatos assinalou a alternativa correta. Na questão, o candidato deve dominar conceitos das duas disciplinas e efetuar cálculos de complexidade média.

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