Olimpíada Brasileira de Física 2004 1a Fase Prova para alunos de 3o ano

Leia atentamente as instruções abaixo antes de iniciar a prova: 1 – Esta prova destina-se exclusivamente a alunos de 3o ano. 2 – A prova contem vinte questões. 3 – Cada questão contém cinco alternativas, das quais apenas uma é correta. Assinale, na Folha de Respostas, a alternativa que julgar correta. 4 – A Folha de Respostas com a identificação do estudante encontra-se na última página deste caderno e deverá ser entregue no final da prova. 5 – A duração desta prova é de 4 horas. 6 – O estudante deverá permanecer na sala no mínimo 90 minutos. 7 – É expressamente proibido o uso de quaisquer tipos de calculadora. 8 - Para a resolução das questões desta prova use, quando for o caso, os seguintes dados: • aceleração da gravidade próxima à superfície da Terra: g = 10 m/s2 • π=3

Olimpíada Brasileira de Física – 1ª Fase – 3º ano _________________________________________________________________________1

OLIMPÍADA BRASILEIRA DE FÍSICA – 2004 1a Fase – 3o ano
________________ Questão 1 ________________ Um carro de testes em uma pista retilínea, partindo do repouso, acelera durante 20 s com acelerar ção constante a1 . Depois, permanece com a velocidade adquirida durante mais 20 s e, em seguida, r freia bruscamente com aceleração constante a 2 . r r Sendo a 2 > a1 , o gráfico que melhor representa o movimento é:
x (m)

________________ Questão 2 ________________ Um bloco de massa m = 0,60 kg, sobre um trilho de atrito desprezível, comprime uma mola de constante elástica k = 2000 N/m, conforme a figura abaixo. Considere que a energia potencial gravitacional seja zero na linha pontilhada. O bloco, ao ser liberado, passa pelo ponto P (h=0,60 m) onde 75% de sua 2 energia é cinética. Considere g = 10 m/s .

P k m h

a)

20 v (m/s)

40

60 t (s)

A compressão x da mola foi de a) b) c) d) e) 9,0 cm 12 cm 15 cm 18 cm 21 cm

b)
20 40 60 t (s)

________________ Questão 3 ________________
a (m/s )
2

c)

No esquema da figura, a bolinha de massa m é abandonada em repouso e desliza, sem girar, sobre o plano inclinado sem atrito, desde a altura h, até ser encaçapada pelo buraco na superfície inclinada.

m
60 t (s)

20 x (m)

40

h

M

d)

Considerando que não há atrito entre o bloco de massa M e a superfície horizontal, o bloco M
60 t (s)

20 a (m/s2)

40

e)
20 40 60 t (s)

a) move-se inicialmente para a esquerda e depois retorna à sua posição inicial. b) adquire uma velocidade para a direita proporcional à altura h. c) move-se para a esquerda e pára. d) adquire uma velocidade para a esquerda proporcional à altura h. e) permanece imóvel o tempo todo.

Olimpíada Brasileira de Física – 1ª Fase – 3º ano _________________________________________________________________________2

________________ Questão 4 ________________ Um carrinho de massa 3m desliza sem atrito com r velocidade v sobre um trilho retilíneo e horizontal e colide elasticamente com outro carrinho de massa 5m, inicialmente parado. As velocidades dos dois carrinhos após a colisão são, respectivamente, a) b) c) d) e)

v e 8 v e 3 v e 3

2v 3 v 4 v 4

a) o empuxo no objeto 1 é a metade do empuxo no objeto 2. b) o empuxo no objeto 2 é igual ao empuxo no objeto 3. c) o empuxo no objeto 1 é maior do que o empuxo no objeto 2. d) o empuxo no objeto 3 é menor do que o empuxo no objeto 1. e) os empuxos nos três objetos são iguais. ________________ Questão 7 ________________ Considere que a órbita da Terra em torno do Sol seja circular e que esse movimento possui período T. Sendo t o tempo médio que a luz do Sol leva para chegar à Terra e c a velocidade da luz no vácuo, o valor estimado da massa do Sol é a) b) c) d) e) G (ct )3 4π 2 T 2 4π 2 (ct )3 G T2 G (cT )3 4π 2 t2 4π 2 (cT ) 3 G t2 G (ct ) 2 4π 2 T 3

v e 3v 4 4 v e 3v 4 4

________________ Questão 5 ________________ Considere uma garota de massa m caminhando por uma prancha de comprimento L, como representado na figura abaixo.

D L

d

P Mg
A distância máxima, d, que a garota se afasta do ponto P sem que a prancha gire é a) LM  D −  2 m  DM 2 m

________________ Questão 8 ________________ A extremidade de uma mola vibra com um período T, quando uma certa massa M está ligada a ela. Quando essa massa é acrescida de uma massa m, o 3 período de oscilação do sistema passa para T . A 2 razão entre as massas, m/M, é 5 9 9 b) 4 5 c) 4 1 d) 2 1 e) 3 ________________ Questão 9 ________________ a) Uma partícula executa um movimento harmônico π  simples descrito pela função horária x = 2 cos  t  , 2  em unidades do S.I. A amplitude e o período desse movimento são, respectivamente, a) b) c) d) e) 2me4s 1me4s 2 m e 2/π s 1 m e 2/π s 2 m e π/2 s

b)

c)

(L − D ) M
2 m Lm  D −  2M 

d)

e)

(L − D ) m
2 M

________________ Questão 6 ________________ Uma criança está dentro de uma piscina, brincando com três objetos fabricados com materiais diferentes, mas que possuem o mesmo peso. Você observa que o objeto 1 fica boiando, submerso pela metade, que o objeto 2 fica imerso totalmente e parado em qualquer lugar dentro da água e que o objeto 3 submerge totalmente indo para o fundo da piscina.

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________________ Questão 10 _______________ Considere um experimento no qual liga-se uma lâmpada incandescente comum e acima dela coloca-se uma ventoinha, que passa a girar.

________________ Questão 12 _______________ Copos de vidro para cerveja, comumente chamados de tulipas, têm, em geral, massa igual à massa da cerveja que contém. Sabendo que o calor específico do vidro é 0,02 cal/g°C e o da cerveja é 1 cal/g°C, a elevação da temperatura da cerveja despejada a 0 °C em um copo à temperatura ambiente de 25 °C é de aproximadamente a) b) c) d) e) 0,2 °C 0,5 °C 1 °C 2 °C 5 °C

Em relação a esse experimento afirma-se que I. a ventoinha gira devido somente à pressão da irradiação sobre suas pás. II. a energia elétrica é toda convertida em energia cinética das pás da ventoinha. III. as moléculas de ar quente, ao colidirem com as pás da ventoinha, transferem parte de sua quantidade de movimento para as pás que passam a se mover. IV. a energia elétrica transforma-se em energia térmica e luminosa e parte dessa energia térmica é, posteriormente, convertida em energia cinética da ventoinha. Está correto o que se afirma em: a) b) c) d) e) I e II, somente. I e III, somente. II e III, somente. III e IV, somente. I, II, III e IV.

________________ Questão 13 _______________ Um som de freqüência 640 Hz e comprimento de onda 0,500 m se propaga em um meio com uma velocidade de a) b) c) d) e) 160 m/s 320 m/s 640 m/s 1280 m/s 2560 m/s

________________ Questão 14 _______________ Sobre a formação de imagens em espelhos, afirma-se que I. nos espelhos côncavos e convexos, a lei da reflexão não é válida. II. no espelho plano, o tamanho da imagem é sempre igual ao tamanho do objeto. III. nos espelhos côncavo e convexo, o tamanho da imagem é sempre diferente do tamanho do objeto. Está correto o que se afirma em: a) I, apenas. b) II, apenas. c) III, apenas. d) I e II, apenas. e) II e III, apenas. ________________ Questão 15 _______________ As definições de carga elétrica e campo elétrico estão intimamente ligadas. Com relação a uma carga elétrica e ao campo elétrico por ela gerado, afirma-se que: I. o campo elétrico é uma propriedade da carga elétrica. II. uma carga elétrica produz um campo elétrico que diminui ao longo do tempo. III. o campo elétrico altera as propriedades do espaço em torno da carga elétrica que o produz. IV. o campo elétrico de uma determinada carga elétrica pode ser modificado com a proximidade de outra carga. Estão corretas apenas as afirmações: a) b) c) d) e) I e III I e IV I, III e IV II, III e IV I, II e III

________________ Questão 11 _______________ A figura abaixo representa um cilindro onde uma certa quantidade de água, inicialmente a uma temperatura na região do comportamento anômalo, é retida por um bloco pesado, que pode se mover livremente para cima ou para baixo.

Com o resfriamento do sistema, a água se congela. Sendo θ a temperatura de congelamento da água e o trabalho que ela realiza sobre o bloco, pode-se afirmar que: a) θ = 0 C b) θ > 0 C c) θ < 0 C d) θ > 0 C e) θ < 0 C
o o o o o

τ

e e e e e

τ>0 τ<0 τ>0 τ>0 τ<0

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________________ Questão 16 _______________ Ao se esfregar um canudinho de refrigerante com um pedaço de lã e aproximá-lo de uma parede ele poderá ficar “grudado” na parede. Isto se justifica porque a) prótons passam da lã para o canudinho deixando-o eletrizado positivamente e isso o prende aos elétrons dos átomos que estão na parede. b) ocorre uma transferência de elétrons da lã para o canudinho e, ao colocá-lo em contato com a parede, ocorre a descarga desse excesso de elétrons, ficando o canudinho preso até que a descarga termine. c) ocorre indução de cargas elétricas na parede, que passam para o canudinho e, devido à atração entre essas cargas, surge uma força elétrica que aumenta a força normal e equilibra o peso do canudinho. d) com o atrito, o canudinho se eletriza pela retirada de alguns de seus prótons o que o deixa eletricamente negativo, sendo, portanto, atraído pelos prótons da parede. e) o canudinho fica eletrizado e, por ser um mau condutor, não perde esse excesso de carga para a parede, ficando assim preso a ela por forças elétricas entre as cargas do canudinho e as induzidas na parede. ________________ Questão 17 _______________ Na figura abaixo, estão representadas duas partículas de massas m1 e m2, carregadas, respectivamente, com cargas q1 e q2 e suspensas de um mesmo ponto por fios de iguais comprimentos e massas desprezíveis.

a) 5R b) 24R 5

c) 13R d) 9R e) 11R 2

________________ Questão 19 _______________ No circuito abaixo, a bateria tem resistência interna desprezível e força eletromotriz igual a 0,2 V, o resistor R1 tem resistência igual a 0,2 Ω e o resistor R2 tem resistência igual a 0,4 Ω. Os fios de ligação têm resistência desprezível.

A

C R1 R2

ε
B D

Considere as seguintes afirmações: I. A d.d.p. entre A e B é diferente da d.d.p. entre C e D. II. A corrente que passa por R1 é maior do que aquela que passa por R2. III. A potência dissipada em R1 é menor do que aquela dissipada em R2. IV. A corrente que passa no trecho BD é igual a 1,5 A. Está correto o que se afirma somente em: a) b) c) d) e) I e IV. I e III. II e III. II e IV. III e IV.

m2 q2 m1 q1

________________ Questão 20 _______________ Seja o circuito representado na figura abaixo:
R1 0,8 A 0,4 A

Pode-se concluir que a) b) c) d) e) q1q2 < 0 q1q2 > 0 q1q2 < 0 q1q2 > 0 q1q2 > 0 e e e e e m1 < m2 |q1| < |q2| m1|q1| > m2|q2| |q1| > |q2| m1 > m2

________________ Questão 18 _______________ Considere o seguinte circuito elétrico, no qual a bateria e os fios têm resistência desprezível:

20 V

16 Ω

14 Ω

0,3 A

3R

A 2R

2R
R2

ε
R

2R B

A potência dissipada pelo resistor R2 é de a) b) c) d) e) 4,8 watts 2,4 watts 1,92 watts 0,72 watts 1,2 watts

2R

Fazendo um curto-circuito entre os pontos A e B, a resistência equivalente do circuito será

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