Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Física
Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física
Prova de seleção para o Mestrado Profissional em Ensino de Física Ingresso em 2015-1
Nome completo do Candidato: _______________________________________________________ Esta prova contém sete questões em páginas numeradas de 1 a 9. Antes de resolver a prova, escreva seu nome completo na folha de rosto e verifique se não há páginas faltando nem erros de impressão. O candidato terá de resolver quatro e somente quatro das sete questões apresentadas. Cada questão terá peso igual na nota final, devendo ser resolvida em uma ou mais folhas de papel branco. O responsável pela aplicação da prova deverá rubricar e numerar todas as folhas na frente do candidato. Ao final, serão entregues apenas as folhas em que as questões foram resolvidas, não havendo mais de uma questão por folha.
A prova se estenderá das 8h30 às 12h30 do dia 08 de dezembro de 2014. Ela será realizada individualmente, sem consulta a qualquer pessoa ou material, exceto o que está sendo fornecido. O uso de calculadora está permitido. O candidato deverá indicar, nesta folha de rosto, o número das questões que escolheu fazer e que serão avaliadas.
Na resolução dessa prova, o candidato ao curso de mestrado profissional em ensino de Física deverá demonstrar domínio da Física com especial atenção aos aspectos conceituais. Algumas questões demandam fazer cálculos, mas todas as fórmulas e deduções devem ser devidamente explicadas e interpretadas com conceitos de Física. O candidato deverá demonstrar que consegue apresentar seus argumentos e explicações científicas de maneira correta, clara, coesa e consistente.
Boa prova!
Nesta tabela, indique até quatro questões que deverão ser avaliadas na sua prova. Questão 1 Questão 2 Questão 3 Questão 4 Questão 5 Questão 6 Questão 7 1
QUESTÃO 1. Os gráficos que seguem são relativos ao salto do Felix Baumgartner da estratosfera em 14/10/12. O início do salto coincide com t=0s; os gráficos representam o valor da velocidade vertical atingida pelo Felix, bem como a altitude na qual se encontrava até cerca de 2min após o início do salto. Ele caiu por cerca de 250s com o paraquedas fechado e, no final desse tempo, se encontrava a cerca de 60 m/s.
Gráfico 1. Altitude em função do tempo para o movimento de queda de Felix Baumgartner.
Gráfico 2. Velocidade em função do tempo para o movimento de queda de Felix Baumgartner.
Todas as perguntas que seguem devem ser respondidas e justificadas a partir dos gráficos e das informações que lhe antecedem.
a) Qual foi a máxima velocidade atingida pelo Felix e quanto tempo após o início da queda ela aconteceu? Sabe-se que, naquela altitude, a velocidade do som é cerca de 300 m/s. É verdade então que o Felix atingiu velocidades supersônicas durante a queda?
b) Qual foi o deslocamento vertical do Felix em quilômetros desde o início do salto até o momento em que a velocidade foi máxima?
c) Sabe-se que, na altitude inicial da queda, a densidade do ar é cerca de 200 vezes menor que ao nível do mar. Até cerca de 20 s após o início do salto, a velocidade cresce linearmente com o tempo. Então, o que se pode inferir sobre o movimento inicial do Felix até 20 s? Qual é o valor da aceleração sofrida pelo Felix?
d) Supondo-se que a aceleração sofrida pelo Felix além de 120 s de queda até o momento em que o paraquedas foi aberto (vide as informações iniciais) tenha sido constante, estime em que altitude aconteceu a abertura do paraquedas.
QUESTÃO 2. Um homem está de pé em um elevador de obra e puxa a extremidade livre da corda para se suspender conforme mostra a figura abaixo. Ignore o atrito e as massas da polia e da corda. Sendo m a massa total do homem e do elevador:
a) Mostre que o módulo da força com que ele deve puxar a corda para se levantar com uma aceleração a é dada por m(a + g)/2.
b) Mostre que o módulo da força com que ele deve puxar a corda para se levantar com velocidade constante é dada por mg/2.
c) O fato de o homem conseguir suspender a si mesmo contradiz a lei da ação-e-reação? Explique por quê.
QUESTÃO 3. A pergunta abaixo foi realizada por um aluno no Setor Pergunte do Centro de Referência para o Ensino de Física e ela caracteriza uma típica dúvida sobre Termodinâmica.
Você conseguiria esfriar uma cozinha deixando aberta a porta do refrigerador e fechando a porta e as janelas da cozinha?? Explique.
Gente, imagino que não seja possível resfriar a cozinha, mas preciso de uma explicação de acordo com a lei da termodinâmica para este fenômeno...H E L P - ME!!!
Responda a dúvida do aluno a partir das leis da termodinâmica. Explique como funciona um refrigerador e qual seria o efeito esperado sobre a temperatura da cozinha se mantivermos a porta do aparelho aberta por muito tempo (considere as paredes da cozinha termicamente isoladas).
QUESTÃO 4. Ao menos como primeira aproximação, um clarinete pode ser modelado como um tubo ressonante aberto em uma extremidade e fechado em outra. Redija um pequeno texto (de 15 a 30 linhas) abordando o tópico de ondas estacionárias para alunos do ensino médio. O texto deve contextualizar a produção de ondas estacionárias no caso particular do clarinete, explicando como a produção de som está relacionada ao comprimento acústico do instrumento. A título de exemplo, considerando uma nota Lá que tenha seu harmônico fundamental vibrando em uma frequência de 440 Hz, explique para seu aluno-leitor como obter o comprimento acústico do tubo do clarinete, supondo que a velocidade do som no ar (que preenche o interior do clarinete) seja aproximadamente igual a 320 m/s.
QUESTÃO 5 (da prova do MNEF-2014). Duas espiras condutoras, contidas em planos paralelos entre si conforme a figura, são percorridas por correntes alternadas com a mesma frequência e diferentes fases. As correntes em t = 0 estão representadas na figura e o gráfico indica como tais correntes se modificam no tempo.
As seguintes afirmativas são feitas sobre as espiras: I) A freqüência das correntes alternadas é 111 Hz.
II) Em um ciclo completo de corrente a força magnética média entre ambas as espiras é atrativa. III) No intervalo t > 1 ms e t < 2 ms ocorre repulsão entre as espiras.
Identifique as afirmativas corretas e as erradas, justificando detalhadamente suas escolhas.
QUESTÃO 6. No circuito representado abaixo, os instrumentos V e A são, respectivamente, um voltímetro ideal e um amperímetro ideal. Sabe-se que a fonte 1 tem fem de 80 V. O resistor R é um reostato (resistor cuja resistência elétrica pode ser modificada). Altera-se o valor de R até que o amperímetro não registre qualquer corrente; então, a leitura no voltímetro é 40 V.
a) Qual é, nesta situação, a intensidade da corrente na fonte 1? b) Qual é o valor de R nesta situação?
c) Qual é a fem da fonte 2?
d) Se a resistência do reostato for 8 Ω, qual é o sentido e a intensidade da corrente no amperímetro?
QUESTÃO 7. Gustav Kirchhoff (1824-1887) propôs uma lei para a emissão de radiação térmica em 1859. Até 1961, levantou algumas evidências experimentais muito favoráveis a essa lei. Nesta época, já havia realizado, em colaboração com Robert Bunsen (1811-1899), um grande número de análises espectrais, formulando três enunciados sobre os espectros chamados hoje de Leis de Kirchhoff:
(i) um corpo opaco e quente, produz um espectro contínuo;
(ii) um gás transparente, quente, produz um espectro onde uma série de linhas espectrais brilhantes estão traçadas contra o fundo escuro; e
(iii) se colocamos um gás transparente e frio na frente de uma fonte de espectro contínuo, o gás mais frio provoca o aparecimento de uma série de linhas escuras riscadas entre as cores do espectro contínuo.
Levando em consideração as três leis de Kirchhoff, responda às perguntas a seguir:
(a) Qual desses espectros corresponde ao emitido por um corpo negro? Por meio de um gráfico (de intensidade por comprimento de onda), caracterize o espectro de um corpo negro para várias temperaturas.
(b) Explique a formação das linhas espectrais, isto é, o que leva o aparecimento de linhas de emissão e de absorção?
(c) Caracterize e explique, com base nas Leis de Kirchhoff e na estrutura geral de uma estrela, o espectro emitido pelas estrelas.
(d) Considerando as questões anteriores como podemos inferir sobre a composição química das estrelas?
