sábado, 13 de agosto de 2016

A FÍSICA DOS SUPER-HERÓIS - JAMES KAKALIOS - CAP. 1 - FORÇAS E MOVIMENTO (TRADUÇÃO)


Tradução do primeiro capítulo do livro "The Physics of Super-Heroes" de James Kakalios. 
Traduzido por: Prof. Josebes Lopes

Texto original em inglês.


SEÇÃO 1 - MECÂNICA

CAP. 1 - PARA CIMA, PARA CIMA, E AVANTE – FORÇAS E MOVIMENTO

 Conforme descrito em Superman # 1, Jor- El, um cientista no distante planeta Krypton, descobre que seu mundo está prestes a explodir e matar toda a sua população. Possuindo apenas um pequeno protótipo de foguete, ele e sua esposa optam por salvar o seu filho, Kal- El, mandando-o para a Terra, para que ele não venha compartilhar seu destino.  Depois de viajar grandes distâncias através da vastidão do espaço, o foguete aterrisa na Terra com seu único passageiro sem nenhum ferimento. Descoberto pelos os agricultores do Kansas que não tinham filhos, os Kents, Kal- El é imediatamente entregue a um orfanato. Após uma mudança de ideia, os Kents voltam para o orfanato (onde o super bebê estava causando estragos) e adotam Kal-El, chamando-o de Clark, e criam-no como seu próprio filho. Quando chega a idade adulta, Kal / CIark Kent  desenvolve uma série de habilidades extraordinárias com as quais ele luta na interminável batalha pela Verdade, Justiça e pelo modelo americano de viver.

 Em sua primeira aparição na Idade de Ouro, os poderes do Super-Homem diferiam significativamente daqueles que nós associamos a ele hoje. Ele poderia levantar um carro sobre a cabeça, por exemplo, mas não um continente. Ele era rápido, capaz de ultrapassar um “trem aerodinâmico”, mas não um feixe de luz. E ele não podia voar, mas simplesmente saltar grandes distâncias.

 A concepção original de Jerry Siegel e de Joseph Shuster de Super-Homem era a de um herói de ação dos pulps, com uma boa dose de ficção científica para dar um ar de plausibilidade a força do seu grande herói. A fonte dos poderes do Super-Homem na Terra foi creditada na Idade de Ouro à sua herança kryptoniano, especificamente ao fato de que o seu planeta de origem tinha uma gravidade muito mais forte que o da Terra. Por exemplo, com o tamanho muito menor em comparação com a Terra, a Lua tem um campo gravitacional mais fraco. Então os objetos na Lua pesam menos do que na Terra. Consequentemente, um terráqueo, cujos músculos e ossos são adaptados para a gravidade da Terra, seria capaz de erguer carros e salta sobre edifícios se estivesse na Lua. Da mesma forma, a grande força do Super-Homem ("mais poderoso do que uma locomotiva") e a resistência de sua pele ("nem mesmo uma bala pode ​​perfurá-la”) resultaram da sua mudança para um planeta com uma gravidade muito mais fraca do que a de Krypton. (Mesmo que o Super-Homem ainda fosse uma criança quando enviado a Terra, presumivelmente seu DNA kryptoniano estava codificado para o desenvolvimento de ossos e músculos que seriam adequados para um campo gravitacional mais forte).

 No final de 1940, o Super-Homem ganharia o poder de voo, e a capacidade de escolher e alterar sua trajetória depois de deixar o chão. Neste ponto, podemos dizer que o Super-Homem ganhou o livre arbítrio sobre as leis da Física. Com o tempo, ele adquiriu uma série de outras habilidades que não poderiam ser razoavelmente explicadas pela forte gravidade de seu planeta natal. Esses poderes incluíam várias visões (calor, raios -X, e outros), super- audição, super- respiração, e até mesmo super- hipnotismo.

 A origem dos poderes do Super-Homem foi posteriormente revista, começando na edição de março de 1960 na Action Comics# 202, que afirma que as habilidades fantásticas do Super-Homem derivavam do fato de que a Terra orbita um sol amarelo, em oposição ao sol vermelho de Krypton. A cor de uma estrela é devida tanto a temperatura de sua superfície quanto a cor de sua atmosfera. O azul é o espectro da luz solar que é fortemente espalhada pela atmosfera, por isso que o céu na Terra parece azul. Vista de frente, o nosso sol aparece amarelo porque a atmosfera é mais absorvitiva para o azul no fim do espectro, com exceção ao amanhecer ou pôr do sol quando a posição do sol está baixo no horizonte e a luz solar tem que viajar uma distância maior através da atmosfera. Quase todos os comprimentos de onda são absorvidos, com exceção da luz vermelha de menor energia, o que dá ao pôr do sol suas cores características (o maior número de partículas no ar no final do dia, em comparação com o início também contribui para a diferença de sombreamento entre o pôr do sol e o amanhecer). Estas características espectrais são, na maior parte, independente da composição química dos gases que formam a atmosfera da Terra. Não há nenhum mecanismo físico que faça com que a mudança no comprimento de onda principal da luz solar de amarelo (uma onda de comprimento de 570 nanômetros, ou 570 bilionésimos de metro) para a luz vermelha (650 nanômetros) dotaria alguém com a capacidade de dobrar aço em suas mãos. Consequentemente, nesta fase em sua história, o Super-Homem deixou de ser uma tira de ficção científica e tornou-se uma história em quadrinhos. A mudança da origem de um super-herói, a fim de acomodar novos poderes ou circunstâncias, ocorre tão frequentemente em quadrinhos que os fãs de quadrinhos cunharam um termo, "retconning” para descrever este reparo retroativo na continuidade.

 Curiosamente, os inimigos do Super-Homem também passaram por uma evolução semelhante, mais ou menos nessa mesma época. Nos primeiros anos da revista Action Comics e Superman Comics, Siegel e Shuster deram voz às fantasias de vingança de jovens leitores economicamente desfavorecidos de uma era de depressão. O Super-Homem utilizou pela primeira vez os seus poderes para lutar contra corruptos, donos de mina de carvão, fabricantes de munições e contraventores. Em sua primeira história, ele atormentou psicologicamente um contraventor, levando para cima de um prédio como se ambos fossem cair de lá. Nesta fase inicial de sua carreira, os roteiros indicavam que poucas pessoas sabiam da existência do Super-homem, e o vilão acreditou que teria uma queda fatal. Ele voluntariamente fornece as informações ao Suer-Homem ao invés de se arriscar em uma queda. Nos anos de 1940 e 1950, além de vender milhões de quadrinhos por mês, o Super-Homem tinha-se tornado uma estrela de rádio, curta-metragens (ambos de animação e ação ao vivo), e um programa de televisão. Seus adversários posteriormente se transformaram em mestres do crime com trajes coloridos, como o Toyman, a Prankster, e Lex Luthor, cujo objetivo de dominar o mundo eram frustrados pelo Super-Homem. Com a escalada das capacidades dos vilões que o enfrentava, o Super-Homem entrou numa corrida armamentista das superpotências, que acabou crescendo tanto que se tornou difícil para os escritores inventar ameaças convincentes para desafiar suas habilidades divinas. Fragmentos radioativos de sua terra natal, conhecido como Kryptonita, tornou-se um dispositivo frequente para entender qualquer história além da primeira página dos quadrinhos.

 É o mais simples, o Super-Homem original da Idade de Ouro, o último filho de Krypton, que eu gostaria de considerar aqui.


A FÍSICA DO SALTO E OUTROS MOVIMENTOS

Nos primeiros anos de suas histórias nos quadrinhos, o Super-Homem era incapaz de
voar, mas poderia simplesmente "pular edifícios altos em um único salto", graças à gravidade mais fraca da Terra. Bem, o quão alto ele poderia saltar? De acordo com sua história de origem em Superman # 1, o salto do Super-Homem equivalia a um oitavo de milha (  ou 660 pés. Assumindo que ele poderia saltar esta altura para cima, esta é aproximadamente equivalente à altura de um edifício de trinta a quarenta andares, que em 1938 teria sido considerado bastante alto. Assim, nossa pergunta pode ser reformulada como: Qual a velocidade inicial do Super-Homem para saltar na vertical 660 pés?

 Se quisermos descrever a trajetória do salto do homem de aço no exemplo dado na Introdução, nós empregaremos as três leis de movimento como enunciadas pela primeira vez por Isaac Newton em meados de 1600. Essas leis são frequentemente expressas como: (1) um objeto em repouso permanece em repouso ou, se está se movendo em linha reta, continuará se movendo em linha reta, se não há forças externai agindo sobre ele; (2) se uma força externa é aplicada, o movimento do objeto mudará a sua intensidade ou direção, e a taxa de variação do movimento (sua aceleração) quando multiplicado pela massa do objeto é igual a força aplicada; e (3) para cada força aplicada em um objeto, existe uma força igual e oposta exercida pelo objeto. As duas primeiras leis podem ser expressas de forma sucinta através de uma simples equação matemática:

FORÇA = (MASSA) X (ACELERAÇÂO)

Isto é, a força F aplicada em um objeto é igual à taxa de variação da velocidade do objeto (a sua aceleração a) quando multiplicado pela massa desse objeto m, ou F = ma. A aceleração é uma medida da taxa de variação da velocidade de um objeto. Um carro partindo do repouso [velocidade = 0) e acelerando para 60 mph (96 km/h) (teria uma alteração na velocidade de 60 mph-0 mph = 60 mph. A aceleração é encontrada dividindo esta alteração na velocidade pelo tempo necessário para fazer a mudança. Quanto maior o tempo, menor será a aceleração necessária para uma dada mudança na velocidade. Um automóvel acelera de 0 a 60 mph em seis segundos terá uma muito maior aceleração do que se fosse em seis horas ou seis dias. A velocidade final será a mesma para os três casos, isto é, 60 mph, mas as acelerações será radicalmente diferente devido à diferentes tempos necessários para causar essa mudança na velocidade. A partir de da Lei de Newton F = ma, a força necessária no primeiro exemplo, criará uma aceleração mais rápida e obviamente, muito maior do que para o último caso, o mais lento. Quando a aceleração é zero, não há nenhuma mudança de velocidade.

Quando a aceleração é zero, não há nenhuma mudança no movimento. Nesse caso, um objeto em movimento continua se movendo em linha reta e se esta parado, permanece assim. Pela expressão F = ma, quando a = 0 , a força será F = 0, que é a primeira lei de Newton do movimento.

 Embora isso possa ser simples do ponto de vista matemático, de uma perspectiva de senso comum não é nada menos do que revolucionário. Newton está dizendo (corretamente) que se um objeto está se movendo, e não há nenhuma força externa resultante agindo sobre ele, o objeto deverá simplesmente continuar se movendo em linha reta. No entanto, você e eu, e Isaac Newton nunca vimos isso acontecer! Nossas experiências cotidianas nos dizem que para manter algo em movimento, nós devemos sempre estar puxando-o ou empurrando-o com uma força externa. Um carro em movimento não permanece em movimento a menos que continuemos a pressionar o pedal do acelerador, que em última análise fornece uma força. Claro, a razão que faz com que objetos em movimento fiquem lentos e parem quando paramos de empurrar-los ou puxa-los se deve a existência de forças de atrito e a resistência do ar que se opõem o movimento do objeto. Não há nada de errado com as leis de Newton – temos apenas que nos certificar de quem são os responsáveis ​​pelo atrito e a resistência do ar ao aplicá-las. São estas forças invisíveis que devemos superar para manter o movimento uniforme. Uma vez que puxamos ou empurramos com força igual ao atrito ou a resistência do ar, a força resultante sobre o objeto será zero, e o objeto irá continuará em movimento retilíneo. O aumento do “puxão” ou “empurrão” irá produzir uma força resultante diferente de zero na direção do nosso “empurrão” ou “puxão”. Neste caso, haverá uma aceleração proporcional a força resultante. A constante de proporcionalidade que liga a força com a aceleração é a massa, m, refletindo o quanto o objeto resiste em mudar seu movimento.

É importante ressaltar aqui que a massa não é o mesmo que peso. "Peso" é outro termo para a força atuante em um objeto devido à gravidade. "Massa”, por outro lado, é uma medida de quanta matéria ("Átomos" para os especialistas) um objeto contém. A massa dos átomos em um objeto é o que lhe confere a sua "inércia”, um termo fantasia para descrever a sua resistência em mudar quando uma força é aplicada nele. No espaço sideral, a massa de um objeto é a mesma que na superfície da Terra, porque o número e tipo de átomos contidos nele não se alteram. Um objeto no espaço exterior pode ser “leve”, na medida em que é sujeito a uma força atrativa insignificante de planetas próximos, mas ainda resiste a mudanças no movimento, devido à sua massa. Um astronauta no espaço profundo não pode simplesmente pegar e lançar uma estação espacial para longe (assumindo que ela tenha uma plataforma sobre a qual se apoiar), embora a estação e todos sobre ela estejam "sem peso". A massa da estação espacial é tão grande que a força muscular do astronauta pode aplicar apenas uma força que produz uma aceleração desprezível.

Para objetos sobre a superfície da Terra (ou de qualquer outro planeta), a aceleração devida à gravidade é representada pela letra g (vamos discutir mais sobre isso em instantes). A força que a gravidade exerce sobre o objeto de massa, m, é então designada como o seu Peso.  Isto é, Peso = (massa) X (aceleração da gravidade) ou P = mg, que é apenas uma reafirmação de F = ma, quando a = g. A massa é uma propriedade intrínseca de qualquer objeto, e é medida em quilogramas em unidades do sistema métrico, enquanto que o peso representa a força exercida sobre o objeto devido à gravidade, e é medida em libras nos Estados Unidos. Na Europa, o peso é geralmente expresso em unidades de kg, o que não é está correto, mas é mais fácil do que dizer "kilograma.metro/seg²”, a unidade de força no sistema métrico (também conhecido como "Newton"). Quando o peso no sistema métrico é comparado com o sistema métrco nos Estados Unidos, a taxa de conversão é: 1 quilograma é equivalente a 2,2 libras. Eu digo "equivalente" e não igual porque uma libra é uma unidade de força, enquanto quilograma, de massa. Um objeto vai pesar menos de 2,2 libras na lua e mais de 2,2 libras em Júpiter, mas sua massa será sempre 1 quilograma. Ao calcular forças no sistema métrico, vamos ficar com kg.m/s² em vez de "Newtons", a fim de nos lembrar que qualquer força sempre pode ser descrito por F = ma.

Para recapitular, a massa do Super-Homem em um determinado momento é uma constante, porque reflete quantos átomos estão em seu corpo. Seu peso, no entanto, é uma função da atração gravitacional entre ele e qualquer que seja a grande massa sobre a qual ele está em pé. O Super-Homem tem um maior peso na superfície de Júpiter, ou um peso menor na Lua, em comparação com o seu peso na Terra, mas a sua massa permanece inalterada. A atração gravitacional de um planeta ou lua diminui quanto mais longe se está do planeta, embora tecnicamente nunca seja exatamente zero, a menos que se esteja infinitamente longe do planeta. É tentador equiparar a massa com o peso, e é fácil fazê-lo quando se lida apenas com objetos na Terra para as quais a aceleração devida à gravidade é sempre a mesma. Como veremos em breve, ao comparar o peso do Super-Homem em Krypton com o peso na Terra, nós resistiremos a essa tentação.
      Finalmente, a terceira lei do movimento simplesmente explicita o senso comum quando você empurra alguma coisa, essa coisa empurra você. Isso às vezes é expresso como "Para cada ação, há uma reação, igual e oposta". Você só pode suportar-se, inclinando-se na parede se a parede resiste a você, isto é, empurra-o para trás com uma força igual e oposta. Se as forças não fossem exatamente iguais e no sentido oposto, então não haveria uma força resultante diferente de zero, o que levaria a uma aceleração e você atravessaria a parede. Quando o astronauta acima mencionado empurra uma estação espacial, a força de seus músculos exerce uma força que produz uma aceleração muito pequena para a estação, mas a estação empurra-o para trás, e sua aceleração é muito maior (já que sua massa é muito pequena). Imagine o Super-Homem e o Hulk segurando uma balança de banheiro um contra o outro (que são simplesmente dispositivos de medição de força, ou seja, o seu peso devido à gravidade). Quando pressionar a balança um contra o outro, não importa quão fortemente o Superman empurre à esquerda, se eles permanecem parados, a medida do Hulk na direita vai ler exactamente a mesma força. Além disso, não importa o quão forte o Super-Homem esteja empurrando, sua escala vai indicar zero libras de força se o Hulk não oferece resistência e apenas move sua escala fora do caminho e fica de lado.

 E é isso – todas as leis do movimento de Newton podem ser resumidas em duas ideias simples: que qualquer mudança no movimento só pode ser o resultado de uma força external (F = ma), e que as forças vêm sempre em pares. Isso é tudo que precisamos para descrever todos os movimentos, do mais simples ao mais complexo, de lançamento de bolas à órbitas dos planetas. Na verdade, já temos física suficiente na mão para descobrir a velocidade inicial que o Super-Homem precisa para pular um edifício alto.


UM SIMPLES SALTO
       O Super-Homem salta com grandes velocidades iniciais (Fig. 4). No ponto mais alto do seu salto, há uma altura h = 660 pés (200 m) acima do solo, a sua velocidade final deve ser igual a zero, ou então isso não seria o ponto mais alto de seu salto, e ele continuaria subindo. Imagine que você seja um patinador no gelo com vento forte. Inicialmente você empurra e começa a se mover rapidamente contra o vento. Mas o vento proporciona uma força constante opondo-se ao seu movimento. Se você não o empurrar de novo, então este vento constante reduz a velocidade até que você pare. Mas o vento ainda é está empurrando-o, então você ainda tem uma aceleração e agora começa a deslizar para trás a favor do vento. Com o tempo você alcançar a sua posição inicial de partida, você está se movendo tão rápido como quando você começou, só que agora no sentido oposto. Este vento constante na direcção horizontal afeta um patinador da mesma forma que a gravidade age sobre o Super-Homem quando ele salta. A força da gravidade é a mesma no início, no meio e no ponto mais alto de seu salto. Como F = ma, sua aceleração é a mesma, em todos os momentos. A fim de determinar qual a velocidade de partida que o Super-Homem precisa para saltar 660 pés (200m), nós temos que descobrir como se dá sua mudança de velocidade na presença de uma aceleração g constante para baixo.





  Como o senso comum indicaria, quanto mais alto se deseja saltar, maior deverá ser a velocidade inicial do salto. Quão, exatamente, estão relacionados a velocidade inicial e altura final do salto? Bem, quando você viaja, a distância viajada é apenas o produto da sua velocidade média pelo tempo de viagem. Depois de dirigir por uma hora a uma velocidade média de 60 mph (96 km/h), você estará a 60 milhas (96 km) do ponto de partida. Como nós não sabemos a duração de tempo do salto do Super-Homem, mas apenas a sua altura final de h = 660 pés (200 m), realizaremos algumas manipulações algébricas com a definição de aceleração como a mudança na velocidade ao longo do tempo e que a velocidade é a alteração da distância ao longo tempo.

Por que a altura que o Super-Homem pode saltar depende do quadrado de sua velocidade de partida? Porque a altura do seu salto é dada por sua velocidade multiplicada por seu tempo subindo no ar, e o tempo que ele gasta subindo também depende da sua velocidade inicial. Quando você pisa no freio do seu automóvel, quanto mais rápido você estiver dirigindo, mais tempo leva para uma parada completa. Da mesma forma, quanto mais rápido o Super-Homem tiver no início de seu salto, mais tempo levará para a gravidade desacelerá-lo a uma velocidade igual a zero (o que corresponde ao ponto mais alto do seu salto). Usando o fato de que (experimentalmente medido) a aceleração da gravidade g é de 32 pés por segundo ao quadrado (9,8 m/s²) (isto é, um objeto que cair com velocidade inicial zero terá um velocidade de 32 pés/seg (19,6 m/s) após o primeiro segundo, 64 pés/seg (29,4 m/s) após o próximo segundo, e assim por diante) a expressão v² = 2gh nos diz que a velocidade inicial do Super-Homem deve ser de 205 pés/s (62 m/s), a fim de saltar uma altura de 660 pés (200m). Isso é equivalente a 140 milhas por hora (225 km/h). Podemos ver, então, porque nós, meros terraqueos, não somos capazes de saltar sobre arranha-céus, e porque temos sorte de ser capazes de saltar sobre uma lata de lixo em um único salto.

No argumento acima, temos utilizado a velocidade média do Super-Homem, que é simplesmente a soma da sua velocidade inicial (v) e sua velocidade final (zero) dividido por dois. Neste caso, a sua velocidade média é v/2, daí o fator dois em frente de gh em v² = 2gh. Na realidade, tanto a velocidade quanto a posição Super-Homem estão mudando de forma constante, diminuindo e aumentando, respectivamente, à medida que ele sobe. Para lidar com a mudança contínua, deve-se empregar o Cálculo (não se preocupe), ao passo que até agora só temos feito uso de álgebra. A fim de aplicar as leis do movimento que ele descreveu, Isaac Newton teve que primeiro inventar o Cálculo antes dele poder realizar seus cálculos, o que certamente coloca nossas dificuldades com a matemática em outra perspectiva. Felizmente para nós, nesta situação, a expressão rigorosa, formalmente correta encontrada usando Cálculo acaba por ser exatamente o mesmo que aquela obtida utilizando argumentos relativamente simples, isto é, v² = 2gh.

Como é que o Super-Homem alcança esta velocidade inicial de mais de 200 pés/seg? Tal como ilustrado na fig. 5, ele faz isso através de um salto. O Super-Homem se agacha e aplica uma grande força no chão e o chão o empurra no sentido contrário. (Por que as forças estão em pares, de acordo com a terceira lei de Newton). Como seria de esperar, é preciso uma grande força, a fim de saltar para cima com uma velocidade começando a 140 mph. Para descobrir exatamente o quanto é grande essa força necessária, faremos uso da segunda lei do movimento de Newton, F = ma, isto é, a força é igual à massa multiplicada pela aceleração. Se o Super-Homem pesa 220 libras na Terra, ele teria uma massa de 100 kg. Então, para encontrar a força, temos que descobrir a sua aceleração quando ele salta com uma velocidade inicial de 140 mph. Lembre-se que a aceleração descreve a mudança na velocidade dividida pelo tempo durante o qual a velocidade muda. Se o tempo que o Super-Homem gasta empurrando o chão usando os músculos das suas pernas é ¼ de segundo, * então sua aceleração será a mudança na velocidade de 200 pés/seg dividida pelo tempo de ¼ de segundo, ou 800 pés/seg² (aproximadamente 250 m/s² no sistema métrico, porque um metro é cerca de 39 polegadas). Esta aceleração corresponderia a um automóvel indo de 0 a 60 mph em um décimo de segundo. A aceleração do Super-Homem resulta da força aplicada pelos músculos de suas pernas para lancá-lo ao ar. A questão de F = ma é que para qualquer mudança no movimento, deve haver uma força aplicada, e quanto maior a mudança, maior a força. Se o Super-Homem tem uma massa de 100 quilogramas, então a força necessária para lhe permitir um salto vertical de 660 pés é F = ma = (100 kg) x (250 m/s²) = 25.000 kg.m/s², ou cerca de 5.600 libras (25 000 N).



         
É razoável que os músculos da perna do Super-Homem possam fornecer uma força de 5.600 libras? Por que não, se a gravidade de Krypton é mais forte que a da Terra, e seus músculos das pernas são capazes de suportar seu peso sobre Krypton? Suponha-se que esta força de 5.600 libras é de 70 por cento maior do que a força que suas pernas suportam enquanto ele está simplesmente em pé, suportanto o seu peso em Krypton. Neste caso, o Super-Homem no seu planeta natal pesaria 3.300 libras. Seu peso em Krypton é determinado pela sua massa e a aceleração devida à gravidade em Krypton. Partimos do pressuposto de que a massa do Super-Homem é de 100 kg, e esta é a sua massa, independentemente em qual planeta ele esteja. Se o Super-Homem pesa 220 libras na Terra e cerca de 3.300 libras em Krypton, então a aceleração da gravidade de Krypton deve ser quinze vezes maior que a da Terra.
 Assim, apenas por saber que F = ma, e usando as definições de “distância = tempo x velocidade” e” aceleração é a mudança na velocidade ao longo do tempo” e a observação experimental de que o Super-Homem pode "saltar um edifício alto em um único salto", nós descobrimos que a gravidade em Krypton deve ser quinze vezes maior do que na terra.


Parabéns. Você acabou de fazer um cálculo de Física!




terça-feira, 9 de agosto de 2016

RESOLUÇÃO OBF 2015 - 1ª FASE - NÍVEL I








O texto a seguir se refere às questões 1 e 2.

“Em 1960 surgiu o primeiro laser, 44 anos após Albert Einstein prever a sua existência. Na época da sua descoberta, o LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ou Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação - foi considerado apenas um objeto de muita curiosidade. Posteriormente foi descoberta uma infinidade de aplicações para ele, desde a
  pesquisa básica até o uso em medicina.” (Texto extraído de Revista Eletrônica de Ciências, Número 07, Maio
de 2002).  

A luz viaja a uma velocidade de aproximadamente 300.000 km/s. Sendo as distâncias
astronômicas muito grandes, muitas vezes é conveniente expressá-las em ano-luz (espaço
percorrido pela luz em um ano corresponde aproximadamente a 9,5 x 1012 km)

1. Imagine que uma informação fosse enviada por laser ao sistema Alfa Centauri e percorresse
uma distância de 4,1 x 1016 m. Qual essa distância, aproximadamente, em anos-luz?
(a) 3,6 (b) 4,1 (c) 4,3 (d) 4,6 (e) 5,0
 
2. Qual o tempo gasto para a luz percorrer a distância de 4,1x1016 m em segundos,
aproximadamente?
(a) 1,4 x 108 (b) 2,4 x 108 (c) 3,5 x 108 (d) 4,5 x 108 (e) 6,1 x 108



3. O astrônomo alemão Johannes Kepler (1571-1630) fez contribuições fundamentais para o desenvolvimento da astronomia com a proposição de leis que levam seu nome. Uma delas, conhecida como primeira lei de Kepler, estabelece que todos os planetas movem-se em orbitas elípticas, com o Sol ocupando um de seus focos. Na figura abaixo, representa-se esquematicamente o movimento de um planeta. Quando o planeta encontra-se no ponto de sua órbita mais próximo do Sol, diz-se que o mesmo atingiu:
(a) apogeu (b) afélio (c) periélio (d) apoastro (e) equinócio
4. “O Radar Fixo, é um equipamento eletrônico, computadorizado, que visa monitorar um
determinado ponto da rodovia ou toda ela, estabelecendo uma rotina de fiscalização, objetivando através dessas ações a redução das estatísticas de acidentes com vítimas fatais nas rodovias e
disciplinando a curto e médio prazo o motorista no que se refere ao controle de velocidade”. (Texto Extraído da Secretaria do Rio de Janeiro, DER-RJ; http://www.der.rj.gov.br/lombadas_radares.asp,
acessado em 07/04/2015).
 

Na figura acima, considere que o radar detecta veículos dentro do triângulo retângulo em
destaque. Qual a área da estrada, em m2 coberta pelo feixe?
(a) 6 (b) 9 (c) 10 (d) 12 (e) 20
5. Considere uma partícula que se move de acordo com a função horária x = 3 + 5t + 2t 2 , onde a
posição x é dada em metros e o tempo t em segundos. Qual a velocidade média da partícula entre
os instantes t1 = 3 s e t2 = 4 s, em m/s?
(a) 17 (b) 19 (c) 21 (d) 34 (e) 38
O texto a seguir se refere às questões 6, 7 e 8.
Considere uma situação análoga a uma montanha russa na qual um bloco desliza sem atrito sobre uma calha que tem o perfil representado na figura abaixo, onde h = 4R, sendo R o raio do trecho circular.





6. Considerando que o bloco parte do repouso do ponto A e h = 5,0 m, qual a velocidade do bloco no ponto B?

(a) 5,0 m/s (b) 10 m/s (c) 20 m/s (d) 40 m/s (e) 100 m/s

7. Abaixo os valores das energias mecânica (E), cinética (K) e potencial (U) do carrinho são representados por colunas verticais, e que o comprimento da parte sombreada é proporcional a esses valores.



Identifique os diagramas que melhor representam a distribuição energética, nos pontos A, B e C respectivamente;

(a) I, IV e V (b) II, VI e IV (c) III, II e V (d) I, II e III (e) I, II e V

8. Baseado nas leis de Newton qual diagrama melhor representa a(s) força(s) que atua(m) no carrinho no ponto C.




9. Um trabalho recente publicado na Revista Brasileira de Ensino da Física destaca um Refrigerador termoelétrico de Peltier usado para estabilizar um feixe laser em experimentos

didáticos” (Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 36, n. 1, 1308 (2014)). O trabalho destaca um experimento onde é montado um sistema de estabilização de um laser de diodo mantido à temperatura controlada e estabilizada com materiais de baixo custo. Destacando o controle da

temperatura, imaginemos que o experimento registra uma temperatura de 68 oF, e você tivesse

que obter esta informação na escala Celsius, qual alternativa fornece essa temperatura.


(a) 10 oC (b) 20 oC (c) 32 oC (d) 34 oC (e) 38 oC




O texto a seguir se refere às questões de 10 a 13



“Totem da ousadia humana, orgulho da engenharia náutica, colosso de 269 metros de
comprimento, uma largura de 28 m, altura de 71 m e 46 mil toneladas, obra-prima de 7,5 milhões de dólares, o RMS Titanic, tido e havido como inexpugnável pelos mais insuspeitos especialistas, soçobrou em sua viagem inaugural. Ao colidir com um iceberg, nas últimas horas do dia 14 de abril, o navio afundou e levou consigo a vida de mais de 1.500 pessoas nas águas gélidas do
Atlântico norte”. (http://veja.abril.com.br/historia/titanic/tragedia-naufragio-iceberg-mortos-causas-investigacao.shtml)




10. Imagine que um compartimento vazio de 60,0 m3, no qual a água penetra numa vazão de 50,0

litros por segundo. Em quanto tempo, em minutos, o compartimento será inundado

completamente?


(a) 1,2 (b) 12,0 (c) 16,0 (d) 20,0 (e) 30,0

11. As pessoas ao caírem nas águas geladas do Atlântico, sofreram hipotermia, com isso a perda excessiva de calor levou rapidamente a temperatura corporal baixar levando muitos passageiros ao óbito. Com relação aos conceitos de calor e temperatura qual alternativa melhor representa tais conceitos?

(a) Temperatura e calor representam o grau de agitação das moléculas que constituem um corpo.
(b) Temperatura é uma grandeza que mede o estado de agitação térmico das moléculas que constituem um corpo; calor é energia térmica em trânsito.
(c) Temperatura é energia térmica em trânsito; calor é uma grandeza que mede o estado de agitação térmico de um corpo.
(d) Calor é uma forma de energia que se dissipa; temperatura é uma forma de energia que se conserva.
(e) Calor é uma forma de energia que se conserva; temperatura é uma forma de energia que se dissipa.

12. O Titanic possuía uma turbina de baixa pressão com potência de 34 MW, aproximadamente. Considere que a queima de 1 kg de carvão produz 30 MJ, e que no Titanic 20% dessa energia era efetivamente aproveitada para realizar trabalho mecânico. Qual era a quantidade de carvão utilizada, em kg/s, quando a turbina operava em máxima potência?

(a) 0,88 (b) 1,1 (c) 2,1 (d) 4,5 (e) 5,7

13. Considere uma das hélices do Titanic, completando um ciclo. Considere por hipótese, que a frequência de rotação da hélice seja de 360 rotações por minutos, quanto tempo aproximadamente, em segundos, é registrado para uma volta completa?

(a) 17,00 (b) 1,70 (c) 0,17 (d) 150,0 (e) 15,00

O sistema Internacional de Unidades

Em 1971, a 14ª Conferência Geral de Pesos e Medidas escolheu sete grandezas como fundamentais, formando assim a base do Sistema Internacional de Unidades, abreviado como SI.

Algumas Unidades Fundamentais do SI.



14. Com base no Sistema Internacional (SI), a unidade de Força é equivalente a:
(a) g.m/s3 (b) g/m.s (c) kg2.m/s3 (d) kg.m/s2 (e) g.m2/s2





O texto a seguir se refere às questões de 15 e 16

Uma fonte de calor tem uma potência constante de 30 cal/min. Tomemos um corpo de massa de 100 g que absorve toda a energia transmitida pela fonte e sua temperatura sofre alteração de acordo com a tabela abaixo.


15. Qual a energia absorvida pelo corpo, em calorias, durante 20 min?



(a) 300 (b) 400 (c) 525 (d) 600 (e) 800


16. “O calor especifico de uma substância corresponde à quantidade de calor que cada unidade de massa deve trocar, para que a sua temperatura varie de uma unidade (um grau).” Com base

nos dados apresentados na tabela, qual alternativa indica o calor especifico, em cal/g°C, da substância que constitui o corpo.



(a) 0,1 (b) 0,3 (c) 0,5 (d) 0,7 (e) 1,0

17. Em um espetáculo no teatro Santa Rosa, um número de mágica utiliza um contrapeso de 400 kg. A corda que o sustenta passa por uma polia fixa sem atrito, que está presa ao fundo do palco.

Em seu número, um mágico de 100 kg, para criar uma ilusão que está voando,  discretamente desamarra a extremidade da corda e a prende em um colete escondido em seu corpo. Com que aceleração o mágico “voa” para fora da cena?


(a) 2,0 m/s2 (b) 3,0 m/s2 (c) 4,0 m/s2 (d) 5,0 m/s2 (e) 6,0 m/s2





18. Em uma recreação na piscina, alguns jovens observaram que durante a brincadeira seus corpos aparentavam estar mais leves. Este fenômeno é explicado pela presença de qual força exercida pela água sobre os corpos dos jovens?

(a) elétrica (b) empuxo (c) gravitacional (d) arrasto (e) normal

19. João e Carlos decidem fazer um passeio de bicicleta, entre Osasco e São Bernardo do
Campo. A distância entre as duas cidades é de 40 km. João pergunta a Carlos quantas pedaladas seriam necessárias para percorrer tal distância. Considerando que em cada pedalada a distância percorrida é de 50 cm, qual alternativa representa o número de pedaladas necessárias?



(a) 2,0 x 104 (b) 4,0 x 104 (c) 6,0 x 104 (d) 8,0 x 104 (e) 9,0 x 104





20. Placas metálicas de 20 cm X 30 cm devem ser pintadas de tal forma que recebam uma
película de tinta de 0,20 mm de espessura. Sabendo que a densidade da tinta é de 0,25 g/cm3,

determine quantas placas poderão ser pintadas com 10 kg de tinta?


(a) 25 (b) 50 (c) 100 (d) 3000 (e) 3333