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Desafio em Física 2012 - PUC-Rio - 20/ 10/2012
Nome: _'Iq.I-·Q..&...,.;..b.LLO"~'C'_';l._k..u..._'__ _
Identidade: --------------------Nº inscrição no vestibular: _
Questão Nota
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Total
• O tempo de duração da prova é de 3 horas• É permitido o uso de calculadora eletrônica; não é permitido o uso da
calculadora do celular (os celulares devem estar desligados)• A prova pode ser feita a lápis, caneta azul ou preta• Todas as respostas devem ser cuidadosamente justificadas!• A última folha da prova pode ser utilizada como rascunho para os seus
cálculos. Caso necessite de mais folhas de rascunho, use o verso dasfolhas contendo as questões. O verso das folhas não será corrigido. Todasas suas respostas e desenvolvimento das questões devem estar na páginacontendo o enunciado.
Questão 1(2,0): Considere a figura abaixo e os dados fornecidos na tabela.r-------------------~
DADOS: Xmih = 1 m
d = 1 m o =3(J'
Il = 0,1 M = 1 kg
dk = 20 N/m g = 10 m/52
•• ••~
A B cNo instante inicial t = O s, um corpo de massa M e dimensões desprezíveis comprime umamola de uma distância Xmáx no alto de uma rampa com inclinação e e comprimento total(Xmáx + d). O atrito na rampa é desprezível. O trecho entre o ponto de relaxamento damola, indicado pela origem O e a base da rampa tem comprimento d. O movimento teminício com o corpo em repouso. Ao atingir a superfície horizontal (sem qualquer perda deenergia) o corpo percorre um trajeto horizontal A -> B de comprimento d e comcoeficiente de atrito Il e, em seguida, alcança finalmente uma superfície sem atrito.Usando os dados fornecidos na tabela determine:
a) A energia mecânica total em t = Os, considerando o trecho horizontal ABC comoreferência para energia potencial gravitacional nula.
1 . to. t +1.20.12 - 2O::r2
b) A variação da energia potencial gravitacional entre o instante inicial t = Os e o pontoA.
~ U~= UJ - Ul-
I).V t : ""'Ó h.t - 'YY\ d \,~.~v~: 'YY\Ob~
l'l.\Jer 1. 10. l- i)
\ i\ tJ 'õ = - 10:rJ
c) A velocidade do corpo no ponto C.
'2.A - .2 E To!
, Mec
'vJ~::. -?- 'YY\?sd =h~-:.~ 'rY\ ê2.- .;. 'W\ A2-
W-JA=- -i r
J- -rnv: ::'vJ~+ l"rv\VA2.=. -li" ~ (j)t~o)= 1~2...
\1~L t: 19 e J. = 381
d) A energia dissipada pelo corpo ao longo da trajetória A -> B,
z,A ::.
Questão 2 (1,5) - Muitos acreditam que o físico Albert Einstein ganhou o prêmio Nobelpelos seus estudos sobre o relatividade, porém o seu prêmio foi recebido em 1921 pelaexplicação do efeito fotoelétrico. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons aoincidir luz sobre um material. Muitas técnicas experimentais amplamente utilizadas naatualidade usam este fenômeno. A equação de Einstein para este fenômeno éEcinética=Efoton-W,onde Ecinéticaé a energia do elétron após a emissão, Efótoné a energia dofóton incidente e W é a função trabalho do material (energia mínima para remover umelétron da superfície do material). A energia do fóton pode ser calculada utilizando aenergia descrita por Planck como igual a hf (h é a constante de Planck e vale 6,626xlQ-34J.se f é a frequência da onda eletromagnética). Determine qual deve ser o maiorcomprimento de onda da luz incidente na superfície de um metal com função trabalho de2 eV para promover a saída de um fotoelétron. (1,üeV=1,6x10-19J)
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Questão 3 (1,5) - Dois blocos são colocados um em contato com outro conforme a figuraabaixo. O bloco maior de massa M está em contato com o chão sem atrito, o bloco menor <
de massa m está em contato apenas com a lateral do bloco maior. O coeficiente de atritoestático entre as faces verticais dos blocos é l1e. É possível manter o bloco menor emcontato com o bloco maior sem que ele caia, para isto é necessário aplicar uma força F nalateral do bloco maior fazendo o sistema se mover na horizontal. Determine o valor daforça F a ser aplicada em termos dos dados do problema. Adote g como a aceleração dagravidade.
FM
F
+
''YY\ ~ =r e. FU\ ""'"
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i d ;:r~rJn F~~t'I\ ~'W\)
F:(r+~)~~ ----------~-re-
Questão 4 (1,5) - Um corpo rígido, por exemplo, uma gangorra, um letreiro ou uma hastepode ficar em equilíbrio estático. Explique usando leis físicas as condições necessáriaspara um corpo rígido ficar em equilíbrio e dê ao menos um exemplo indicando as forçasque atuam no corpo e as equações necessárias.
" ., andou ou viu alguém andando de moto ou deQuestão 5 (1,5) - Provavelmente voce Ja f ma curva o condutor inclina o veiculo. d t porte para azer u ,
bicicleta. Nestes meios e rans, id d de girar o guidão. Explique estepara o lado de dentro da curva, sem a necess: a efenômeno.
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Questão 6 (1,0) - Escolha um dos assuntos para escrever o que você sabe.(Mínimo de 10linhas) (1,0)
(a) Nos últimos meses muitas reportagens foram feitas discutindo a existência doBóson de Higgs. Escreva sobre o Bóson de Higgs.
(b) O prêmio Nobel de 2010 foi dado aos físicos Andre Geim e Konstantin Novoselov.Escreva sobre o grafeno.
Questão 7 (1,0) - Você de.ve explicar os fenômenos físicos envolvidos no experimentomostrado em sala. (O expenmento será realizado às 9:30 e 10:00 horas).
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