Questões comentadas ENEM 2013 – Parte 4 Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Caro estudante, Trazemos para você a quarta parte da prova do Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM) do ano de 2013, do grupo “Ciências da Natureza e suas Tecnologias”. Acompanhe nossos comentários e resoluções! Bom aprendizado!

QUESTÃO 28 Um eletricista analisa o diagrama de uma instalação elétrica residencial para planejar medições de tensão e corrente em uma cozinha. Nesse ambiente existem uma geladeira (G), uma tomada (T) e uma lâmpada (L), conforme a figura. O eletricista deseja medir a tensão elétrica aplicada à geladeira, a corrente total e a corrente na lâmpada. Para isso, ele dispõe de um voltímetro (V) e dois amperímetros (A).

Para realizar essas medidas, o esquema da ligação desses instrumentos está representado em:

(A)

(B)

(C)

(D)

(E)

Comentários A instalação correta para o voltímetro é sempre em paralelo com o trecho de circuito que se queira medir. Analisando as opções A e B, percebemos que as ilustrações apresentam o voltímetro (V) em série com a geladeira (G), o que está errado.

Nas alternativas C, D e E, o voltímetro está em paralelo com a geladeira, com o desenho um pouco diferente na opção E, mas que dá no mesmo; então, todas essas estão corretas quanto ao voltímetro.

A instalação correta para o amperímetro é, ao contrário do voltímetro, em série com o trecho com que se quer medir a corrente. No caso de medir a corrente total, o amperímetro deve ser instalado no terminal fase ou no terminal neutro. No entanto, analisando as opções C e D, vemos o amperímetro (A) instalado em paralelo com o circuito, o que também está errado. A opção C está correta com a instalação do voltímetro. A opção D está correta em relação à instalação do voltímetro (em paralelo com a geladeira) e em relação à instalação do segundo amperímetro (em série com a lâmpada).

O outro amperímetro para medir a corrente na lâmpada deve ser ligado em série com ela. Isso acontece nas opções A, D e E. Mas, como as opções A e D já foram eliminadas, só resta a opção E.

A opção E apresenta: 1) Um amperímetro (A) em série com o circuito, próximo ao ponto neutro, para medir a corrente total; 2) Outro amperímetro em série com a lâmpada (L); e 3) Um voltímetro (V) em paralelo com a geladeira (G). Grau de dificuldade – Difícil. O estudante deve conhecer como deve ser instalado cada equipamento, se em série ou em paralelo, pois a questão não dá essas informações. Depois o estudante precisa identificar qual diagrama de circuito apresenta a instalação correta para dois amperímetros e um voltímetro. Resposta (E)

QUESTÃO 29 Em viagens de avião, é solicitado aos passageiros o desligamento de todos os aparelhos cujo funcionamento envolva a emissão ou a recepção de ondas eletromagnéticas. O procedimento é utilizado para eliminar fontes de radiação que possam interferir nas comunicações via rádio dos pilotos com a torre de controle. A propriedade das ondas emitidas que justifica o procedimento adotado é o fato de

(A) terem fases opostas.

(B) serem ambas audíveis.

(C) terem intensidades inversas.

(D) serem de mesma amplitude.

(E) terem frequências próximas.

Comentários Essa questão avalia se o estudante sabe que a “sintonia”, e também a possibilidade de “interferência”, entre ondas de rádio (ondas eletromagnéticas) depende apenas da frequência das ondas portadoras. O estudante atento sabe que as emissoras de rádio, por exemplo, são definidas no aparelho receptor por um número que é selecionado pelo ouvinte, que nada mais é que a frequência das ondas em megaHertz

(mH) na qual aquela emissora trabalha. Quase todas as pessoas têm uma emissora de rádio AM ou FM preferida e sabe sintonizá-la de acordo com esse número.

Aparelho de rádio fabricado no início da década de 1960 As teclas brancas e os botões giratórios selecionam a frequência da emissora desejada.

Disponível (acesso: 22.08.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Minerva_

minola.jpg

Ao selecionar uma emissora, os filtros passa-faixa do aparelho receptor isolam as outras frequências, selecionando apenas a frequência a ser decodificada. Sinais de frequência próxima podem causar interferência, que é a sobreposição e distorção das ondas originais. No caso apresentado no enunciado da questão, os celulares que operam em frequências próximas aos aparelhos comunicadores das aeronaves interferem e prejudicam as comunicações entre aviões e a torre de controle. Grau de dificuldade – Fácil. O estudante atento aos seus próprios hábitos de escolha de sua rádio preferida pode acertar facilmente a questão. Resposta (E) terem frequências próximas. QUESTÃO 30 Desenvolve-se um dispositivo para abrir automaticamente uma porta no qual um botão, quando acionado, faz com que uma corrente elétrica i = 6A percorra uma barra condutora de comprimento L = 5cm, cujo ponto médio está preso a

uma mola de constante elástica 2k 5 10 N/ cm. O sistema mola-condutor está imerso em um campo magnético

uniforme perpendicular ao plano. Quando acionado o botão, a barra sairá da posição do equilíbrio a uma velocidade média de 5m/s e atingirá a catraca em 6 milissegundos, abrindo a porta.

A intensidade do campo magnético, para que o dispositivo funcione corretamente, é de

(A) 15 10 T

(B) 25 10 T

(C) 15 10 T

(D) 22 10 T

(E) 02 10 T

Comentários Esta questão é um pouco confusa, com alguns problemas de elaboração. Vamos entender o enunciado: 1) Para que o dispositivo destrave a porta, um botão é acionado, fazendo com que uma corrente elétrica passe pela barra, verticalmente (veja onde está indicado “fio”). 2) No instante em que a corrente elétrica é criada, surge um campo magnético perpendicular a ela que interage com o campo magnético que já existe no dispositivo, criando uma repulsão ou uma atração, que provoca o movimento da barra. 3) A barra está presa a uma mola, cuja função é fazer a barra retornar à posição original, quando a corrente elétrica cessa, no momento em que a pessoa tira o dedo do botão. Assim, a intensidade do campo magnético é o que vai determinar se a barra conseguirá se deslocar até a catraca, destravando a porta. No entanto, esse sistema deverá vencer a resistência ou força elástica da mola, que tende a puxar a barra de volta à posição original. A questão deixa subentendido que a força elástica da mola é constante; mas isso não é correto, pois depende do grau de distensão ou de deformação da mola. Outra suposição é a de que a força magnética seja idêntica à força elástica da mola, no momento em que a barra toca a catraca; sem se considerar essa suposição como verdade, não é possível calcular a intensidade do campo magnético, que é o que a questão pede como resposta. Como vimos, há que se calcular, primeiro, a energia elástica da mola. Para isso, temos que: 1) Calcular a distância percorrida pela mola, a partir da velocidade dada e do tempo de deslocamento :

v = 5m/s t = 6 milissegundos = 6 . 10-3s

v = S / t 5 = S / 6 . 10-3 S = 30 . 10-3m = 0,03m = 3cm 2) Calcular a força elástica necessária para fazer o deslocamento acima. Como a constante elástica da mola foi dada em N/cm, podemos manter o deslocamento também em centímetros. k = 5 . 10-2 N/cm

x ou S = 3cm F = k.x F = 5 . 10-2 . 3 = 15.10-2 N 3) Calcular a intensidade do campo magnético para que a força magnética gerada seja necessária para superar a força elástica da mola. Obs.: A fórmula F = B.i.L, necessária aqui, é muito pouco utilizada no Ensino Médio, mas o estudante pode deduzi-la a partir da tradicional F = q.v.B, onde v é a velocidade da carga no fio de comprimento L em um tempo T, ficando F = q.L.B / T . Como a corrente é q/T, aparece a fórmula F = iLB ou F = BiL. i = 6A L = 5cm = 5.10-2m

F = B.i.L 15.10-2 = B . 6 . 5.10-2 B = 15 / 30 = 0,5 .10-2 = 5 .10-1 tesla Grau de dificuldade – Muito difícil.

O estudante tem que fazer suposições para completar o enunciado, usar fórmulas que não foram fornecidas, sendo que uma delas é muito pouco utilizada na Física de Ensino Médio. Além disso, o cálculo possui várias etapas até chegar à resposta final. Resposta

(A) 15 10 T

QUESTÃO 31 Em um piano, o Dó central e a próxima nota Dó (Dó maior) apresentam sons parecidos, mas não idênticos. É possível utilizar programas computacionais para expressar o formato dessas ondas sonoras em cada uma das situações como apresentado nas figuras, em que estão indicados intervalos de tempo idênticos (T).

A razão entre as frequências do Dó central e do Dó maior é de:

(A) 1

2

(B) 2

(C) 1

(D) 1

4

(E) 4

Comentários É importante destacar que não existe nenhuma nota musical chamada “dó maior”. A expressão “dó maior” se refere a um “acorde”, que é um conjunto de pelo menos três notas musicais tocadas simultaneamente ou em arpejo - no caso, formado pelas notas dó, sol e mi. O elaborador certamente quis se referir ao “dó da oitava seguinte”, “uma oitava acima”, ou simplesmente o dó “mais alto” ou “mais agudo”, em relação ao dó central do teclado do piano. Analisando a ilustração apresentada, percebemos que o intervalo de tempo (T) destacado para as ondas sonoras da nota “dó central” apresenta apenas um ciclo, de um pico de uma onda ao pico de outra. Todas as ondulações entre os picos são partes da onda sonora responsáveis pelo timbre do instrumento. Analisando a ilustração das ondas do “dó mais agudo”, percebemos que há dois ciclos destacados no intervalo de tempo dado. Ora, se há dois ciclos para o dó mais agudo, enquanto apenas um ciclo para o dó central, deduz-se que o período do dó central é o dobro do dó mais agudo; e, logicamente, a frequência do dó central é a metade da frequência do dó mais agudo. Grau de dificuldade – Fácil. Ao estudante, basta identificar o número de ciclos dentro do período de tempo destacado para cada nota musical, para deduzir, em seguida, a relação entre as frequências das ondas sonoras. Resposta

(A) 1

2

QUESTÃO 32 Uma manifestação comum das torcidas em estádios de futebol é a ola mexicana. Os espectadores de uma linha, sem sair do lugar e sem se deslocarem lateralmente, ficam de pé e se sentam, sincronizados com os da linha adjacente. O efeito coletivo se propaga pelos espectadores do estádio, formando uma onda progressiva, conforme ilustração.

Calcula-se que a velocidade de propagação dessa “onda humana” é de 45 km/h, e que cada período de oscilação contém 16 pessoas, que se levantam e sentam organizadamente e distanciadas entre si por 80 cm. Disponível em: www.ufsm.br. Acesso em: 7 dez. 2012 (adaptado). Nessa ola mexicana, a frequência da onda, em hertz, é um valor mais próximo de

(A) 0,3.

(B) 0,5.

(C) 1,0.

(D) 1,9.

(E) 3,7.

Comentários A questão diz que as pessoas estão distanciadas “entre si” por 80cm, mas não menciona a média de espaço ocupado por cada pessoa. Certamente, o elaborador da questão quis dizer que 80cm é o espaço de cada pessoa, considerando também o espaço entre cada uma. Sendo assim, se o período de oscilação contém 16 pessoas, temos que considerar que cada onda tem 15 pessoas, já que o período de oscilação considera sempre a repetição de dois picos de onda. Calculando o comprimento da onda, temos:

λ = 15 x 0,8m = 12m Passando a velocidade de km/h para m/s, basta dividir por 3,6: 45km/h / 3,6 = 12,5m/s Utilizando a equação fundamental da ondulatória, temos:

v = λ . f 12,5 = 12 . f f = 12,5 / 12 = 1,04Hz

Obs.: Se fizermos o mesmo procedimento, usando 16 pessoas, a variação será mínima:

λ = 16 x 0,8m = 12,8m v = λ . f 12,5 = 12,8 . f f = 12,5 / 12,8 = 0,977Hz

Grau de dificuldade – Médio. Os cálculos exigidos são simples, mas envolvem várias etapas, o que exige muita atenção e mais tempo de resolução por parte do candidato. Resposta (C) 1,0.

QUESTÃO 33 As moléculas de nanoputians lembram figuras humanas e foram criadas para estimular o interesse de jovens na compreensão da linguagem expressa em fórmulas estruturais, muito usadas em química orgânica. Um exemplo é o NanoKid, representado na figura:

Em que parte do corpo do NanoKid existe carbono quaternário?

(A) Mãos.

(B) Cabeça.

(C) Tórax.

(D) Abdômen.

(E) Pés.

Comentários Essa questão avalia se o estudante consegue identificar, em uma estrutura onde carbonos e hidrogênios estão “implícitos” (fórmula estrutural condensada), onde estão os carbonos ligados apenas a outros quatro carbonos (carbonos quaternários), diferenciando-os dos primários, secundários e terciários. Os carbonos primários são aqueles que se ligam apenas a outro carbono; ou seja, estão nas pontas da cadeia carbônica e das ramificações.

Alguns carbonos primários Alguns carbonos secundários Alguns carbonos terciários Carbonos quaternários

As fórmulas estruturais condensadas representam as ligações covalentes como traços ou linhas, sem mostrar os hidrogênios ou mesmo as ligações carbono-hidrogênio. Os átomos de carbonos estão implícitos

nas estruturas das linhas, de forma que aparecem como: extremidades de linhas (carbonos primários, ligados a apenas outro carbono); vértices de ângulos (carbonos secundários, ligados a dois carbonos com ligações simples); pontos de união de três linhas em ângulo (carbonos terciários, ligados a outros três carbonos em ligações simples); e pontos de união entre quatro linhas (carbono quaternário). Quando há ligações duplas ou triplas, os traços são paralelos, indicando a presença de carbonos nas pontas dos traços duplicados ou triplicados. Grau de dificuldade – Fácil. O estudante não terá dificuldades de encontrar os carbonos quaternários, que são representados por pontos de ligação entre quatro linhas. Resposta (A) Mãos. QUESTÃO 34 Músculos artificiais são dispositivos feitos com plásticos inteligentes que respondem a uma corrente elétrica com um movimento mecânico. A oxidação e redução de um polímero condutor criam cargas positivas e/ou negativas no material, que são compensadas com a inserção ou expulsão de cátions ou ânions. Por exemplo, na figura os filmes escuros são de polipirrol e o filme branco é de um eletrólito polimérico contendo um sal inorgânico. Quando o polipirrol sofre oxidação, há a inserção de ânions para compensar a carga positiva no polímero e o filme se expande. Na outra face do dispositivo o filme de polipirrol sofre redução, expulsando ânions, e o filme se contrai. Pela montagem, em sanduíche, o sistema todo se movimenta de forma harmônica, conforme mostrado na figura.

A camada central de eletrólito polimérico é importante porque

(A) absorve a irradiação de partículas carregadas, emitidas pelo aquecimento elétrico dos filmes de polipirrol.

(B) permite a difusão dos íons promovida pela aplicação de diferença de potencial, fechando o circuito elétrico.

(C) mantém um gradiente térmico no material para promover a dilatação/contração térmica de cada filme de polipirrol.

(D) permite a condução de elétrons livres, promovida pela aplicação de diferença de potencial, gerando corrente elétrica.

(E) promove a polarização das moléculas poliméricas, o que resulta no movimento gerado pela aplicação de diferença de potencial.

Comentários O eletrólito polimérico é um plástico especial que contém substâncias inorgânicas iônicas, capazes de se

deslocar pelo material polimérico. Esse material funciona de forma parecida com as “soluções salinas”, comuns em alguns tipos de circuitos elétricos, como em pilhas aquosas, por exemplo, contribuindo para a movimentação de íons (cátions e ânions) entre duas extremidades do circuito elétrico, permitindo seu “fechamento”. No estudo da eletroquímica, o estudante deve ter se familiarizado com a “pilha de Daniel” e sua “ponte salina”, ou da “pasta eletrolítica” presente no interior das pilhas secas comuns.

Solução eletrolítica em contato com dois eletrodos submetidos a uma diferença de potencial.

Disponível (acesso 22.8.2014):

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Voltage_source_with_electrolytic_solution.svg

No caso apresentado, quando o polipirrol sofre oxidação (perda de elétrons), fica com carga positiva e atrai ânions da camada central de eletrólito.

Pp → Pp1+ + e1- (oxidação)

Pp1+ + An1- → Pp1+An1-

Quando a corrente elétrica é desligada, a situação se inverte e o polímero fica neutralizado novamente:

Pp1+An1- + e- → Pp + An1- (redução) Grau de dificuldade – Médio. O estudante familiarizado com o estudo das pilhas e da eletrólise aquosa (eletroquímica) não terá muitas dificuldades de localizar a função verdadeira da camada de eletrólito polimérico. Resposta (B) permite a difusão dos íons promovida pela aplicação de diferença de potencial, fechando o circuito elétrico. QUESTÃO 35 O citral, substância de odor fortemente cítrico, é obtido a partir de algumas plantas como o capim-limão, cujo óleo essencial possui aproximadamente 80%, em massa, da substância. Uma de suas aplicações é na fabricação de produtos que atraem abelhas, especialmente do gênero Apis, pois seu cheiro é semelhante a um dos feromônios liberados por elas. Sua fórmula molecular é C10H16O, com uma cadeia alifática de oito carbonos, duas insaturações, nos carbonos 2 e 6; e dois grupos substituintes metila, nos carbonos 3 e 7. O citral possui dois isômeros geométricos, sendo o trans o que mais contribui para o forte odor. Para que se consiga atrair um maior número de abelhas para uma determinada região, a molécula que deve estar presente em alta concentração no produto a ser utilizado é:

(A)

(B)

(C)

(D)

(E)

Comentários A numeração dos carbonos da cadeia principal é uma condição fundamental para solucionar a questão. Obrigatoriamente, a numeração começa onde o grupo funcional aldeído (-CH=O) está localizado, ou seja, da direita para a esquerda em todas as fórmulas. É fácil verificar que todas as opções apresentam fórmulas estruturais para uma mesma fórmula molecular (C10H16O), todos de cadeia aberta, com ligação dupla no carbono 2. As estruturas A, B e C também apresentam uma segunda ligação dupla no carbono 6; mas, em D e E, as duplas estão no carbono 5. A estrutura B apresenta substituinte metila nos carbonos 2 e 7, ao invés de 3 e 7, podendo também ser descartadas. As opções A e C apresentam estruturas que cumprem todas as exigências de posicionamento de ligações duplas e de ramificações, sendo isômeros geométricos (cis-trans) uma da outra. Observe que há uma aparente “torção” da estrutura no carbono 2. A isomeria geométrica (cis-trans) em compostos de cadeia aberta exige a existência de uma dupla ligação entre dois carbonos, com ambos apresentando ligantes diferentes. Nas opções A e C, o carbono 2, apresenta o hidrogênio (H) como ligante de menor massa molar; e, no carbono 3, o metila (-CH3) é o ligante de menor massa. Traçando uma linha de referência sobre a ligação dupla, verificamos que os ligantes de menor massa estão localizados do mesmo lado na opção C (isômero cis), enquanto os mesmos ligantes se apresentam em lados opostos da ligação dupla na opção A (isômero trans). Como o isômero trans é o que tem melhor capacidade de atrair abelhas, a opção A é a correta.

CH3 O

H

CH3CH31

2

3

4

5

6

7

8

CH3

H

CH3CH3

O

2

3

4

5

6

7

8

1

Opção A: isômero trans Opção C: isômero cis

Grau de dificuldade – Médio. O estudante pode ir eliminando as opções falsas, localizando ramificações e insaturações nos carbonos da cadeia principal. A numeração correta, da direita para a esquerda, não oferece dúvidas, devido à localização do oxigênio. Mas o estudante deve fazer um esforço de visualização para perceber os posicionamentos dos ligantes da dupla ligação nos compostos A e C, para determinar corretamente qual isômero é o trans. Resposta (A)

QUESTÃO 36 O glifosato (C3H8NO5P) é um herbicida pertencente ao grupo químico das glicinas, classificado como não seletivo. Esse composto possui os grupos funcionais carboxilato, amino e fosfonato. A degradação do glifosato no solo é muito rápida e realizada por grande variedade de microrganismos, que usam o produto como fonte de energia e fósforo. Os produtos da degradação são o ácido aminometilfosfônico (AMPA) e o N-metilglicina (sarcosina):

A partir do texto e dos produtos de degradação apresentados, a estrutura química que representa o glifosato é:

(A)

(B)

(C)

(D)

(E)

Comentários O estudante precisa identificar os grupos funcionais nas estruturas dadas nas opções, além de escolher a que pode ser quebrada em um único ponto e originar, de um lado, a sarcosina, e, de outro, o AMPA. Os grupos funcionais presentes na sarcosina e no AMPA estão discriminados abaixo:

Fosfonato.

Amina primária (extremidade) ou amina secundária (nitrogênio entre dois carbonos). Ácido carboxílico, que, por perda do hidrogênio ionizável e ligação com outra cadeia carbônica, fica convertido em “carboxilato”.

Há uma “pegadinha” nessa questão. Vamos explicar: A denominação “carboxilato” se refere, normalmente, ao ácido carboxílico que já ionizou seu hidrogênio, formando o ânion carboxilato (que se liga a um cátion qualquer em ligação iônica), ou fez ligação covalente com outra cadeia carbônica. Antes da ionização, o grupo funcional é denominado “carboxila”, que é um carbono ligado a dois oxigênios, um por ligação dupla e outro por ligação simples (-COOH), em verde na ilustração acima. No entanto, nas opções apresentadas, apenas uma opção tem carboxila e as demais funções exigidas, mas nenhuma tem a função “carboxilato” (sem hidrogênio) e as demais funções, além de originar a sarcosina e o AMPA. Assim, para escolher a resposta, temos que aceitar “carboxilato” como sinônimo de “carboxila”. Analisando as alternativas, vemos que a opção E não apresenta a função nitrogenada “amina”, mas “amida” (N-C=O). A opção D possui função “cetona” (R-C=O-R), com carbonila (C=O) entre dois carbonos. A opção possui 4 carbonos, ao invés de 3. E a opção A não é capaz de se decompor produzindo sarcosina e AMPA.

A fórmula apresentada na opção B é a única que contém as três funções exigidas: “carboxilato” (na verdade é “carbonila”), amino e fosfonato, com apenas três carbonos e que, ainda, possa originar a sarcosina e a AMPA por quebra de sua molécula.

Grau de dificuldade – Difícil. O estudante precisa ficar atento aos vários detalhes das cinco estruturas apresentas nas opções, muitas com pequenas alterações, feitas para confundir a identificação dos grupos funcionais. Além disso, é necessário imaginar a quebra das moléculas para verificar a possibilidade de formar sarcosina e AMPA. Resposta (B)