1 SIMULADO 2 - Cave

QUESTÃO 1
FÍSICA - PISM III SIMULADO 2
GABARITO
Considere um pêndulo plano simples, formado por uma esfera condutora de massa m e carregada
com carga Q, submetido a um campo elétrico uniforme e horizontal E e pendurado por
um fio inextensível de massa desprezível e de comprimento L, conforme a figura abaixo:
a) Desenhe e nomeie, na figura, todas as forças que agem sobre a esfera. (Valor: 1,0 ponto)
b) Calcule o módulo do vetor campo elétrico E em função de Q, m e θ para que o pêndulo fique
em equilíbrio. (Valor: 2,0 pontos)
c) Determine o módulo de E para Q = 4µC, m = 4g e θ = 45º e g = 10m/s 2 . (Valor: 2,0 pontos)
E =
E
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SIMULADO 2 FÍSICA - PISM III
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QUESTÃO 2
O fato de os núcleos atômicos serem formados por prótons e nêutrons suscita a questão da
coesão nuclear, uma vez que os prótons, que têm carga positiva q = 1,6 x 10 –19 C, se repelem
através da força eletrostática. Em 1935, H. Yukawa propôs uma teoria para a força nuclear
forte, que age a curtas distâncias e mantém os núcleos coesos.
a) Considere que o módulo da força nuclear forte entre dois prótons F N é igual a vinte vezes o módulo
da força eletrostática entre eles F e , ou seja, F N = 20F E . O módulo da força eletrostática entre dois
2
q
prótons separados por uma distância d é dado por FE = K 2
d onde K = 9,0 x 109 N m2 /C2 . Obtenha
o módulo da força nuclear forte F N entre os dois prótons, quando separados por uma distância
d = 1,6x10 –15 m , que é uma distância típica entre prótons no núcleo. (Valor: 2,5 pontos)
b) As forças nucleares são muito maiores que as forças que aceleram as partículas em grandes aceleradores
como o LHC. Num primeiro estágio de acelerador, partículas carregadas deslocam-se
sob a ação de um campo elétrico aplicado na direção do movimento. Sabendo que um campo
elétrico de módulo E = 2,0 x 10 6 N/C age sobre um próton num acelerador, calcule a força eletrostática
que atua no próton. (Valor: 2,5 pontos)
E
E

QUESTÃO 3
FÍSICA - PISM III SIMULADO 2
Duas bolinhas de isopor idênticas, forradas com papel alumínio, são penduradas, lado a lado,
em uma varinha de madeira por meio de fios idênticos e de massa desprezível. As duas bolinhas
são carregadas com cargas iguais de mesmo sinal e se afastam, uma da outra, conforme
a Figura 2, a seguir. Considerando que o sistema está em equilíbrio mecânico:
a) Faça o diagrama das forças que atuam na bolinha da esquerda. (Valor: 1,0 ponto)
b) Escreva as equações para as componentes verticais e horizontais das forças que atuam nessa
bolinha. (Valor: 2,0 pontos)
c) Considerando a massa da bolinha m = 2g e θ = 30º e g = 10m/s 2 , calcule a força elétrica sofrida
pela bolinha. (Valor: 2,0 pontos)
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SIMULADO 2 FÍSICA - PISM III
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QUESTÃO 4
(Unicamp – 2005) O efeito fotoelétrico, cuja descrição por Albert Einstein completa 100 anos
em 2005 (ano internacional da Física), consiste na emissão de elétrons por um metal no qual
incide um feixe de luz. No processo, “pacotes” bem definidos de energia luminosa, chamados
fótons, são absorvidos um a um pelos elétrons do metal. O valor da energia de cada fóton é
dado por E(fóton) = h.f, onde h = 4×10 -15 eV.s é a chamada constante de Planck e f é a frequência
da luz incidente. Um elétron só é emitido do interior do metal se a energia do fóton
absorvido for maior que uma energia mínima. Para os elétrons mais fracamente ligados ao
metal, essa energia mínima é chamada função trabalho W e varia de metal para metal (ver a
tabela a seguir). Considere c = 300.000 km/s.
metal W (eV)
césio 2,1
potássio 2,3
sódio 2,8
a) Calcule a energia do fóton (em eV), quando o comprimento de onda da luz incidente for 5 × 10 -7 m.
(Valor: 1,5 ponto)
b) A luz de 5 × 10 -7 m é capaz de arrancar elétrons de quais dos metais apresentados na tabela?
(Valor: 1,5 ponto)
Césio e potássio, já que a energia incidente supera a função
trabalho desses dois elementos.

FÍSICA - PISM III SIMULADO 2
c) Qual será a energia cinética de elétrons emitidos pelo potássio, se o comprimento de onda da
luz incidente for 3 x 10 -7 m ? Considere os elétrons mais fracamente ligados do potássio e que
a diferença entre a energia do fóton absorvido e a função trabalho W é inteiramente convertida
em energia cinética. (Valor: 2,0 pontos)
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SIMULADO 2 FÍSICA - PISM III
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QUESTÃO 5
(FUVEST-SP) Uma onda sonora em repouso no ponto A da figura emite, num gás, ondas
esféricas de frequência 50Hz e comprimento de onda 6,0m, que se refletem em uma parede
rígida. Considere o ponto B da figura e as ondas que se propagam entre A e B diretamente
(sem reflexão) e refletindo-se na parede.
Pede-se:
a) a velocidade de propagação dessas ondas; (Valor: 1,0 ponto)
b) a diferença entre os tempos de propagação das duas ondas entre A e B. (Valor: 4,0 pontos)