Uma corda ideal, homogênea, de densidade linear \( \mu \) e submetida a uma tensão constante \( T \) é percorrida por uma onda harmônica progressiva descrita pela função \( y \)(\( x \),\( t \)) = \( A \) \( c \)\( o \)\( s \)(\( k \)\( x \) − \( \omega \)\( t \) + \( \delta \)). De acordo com o formalismo da mecânica ondulatória clássica, a potência instantânea \( P \)(\( x \),\( t \)) transmitida através de um ponto \( x \) da corda e a densidade de energia total \( \dfrac{dE}{dx} \) associada ao elemento de comprimento \( d \)\( x \) guardam relações fundamentais com os parâmetros da onda. Considere \( v \) = √\( T \)/\( \mu \) como a velocidade de fase da onda. Assinale a alternativa que expressa corretamente a relação entre a velocidade transversal máxima das partículas da corda (\( v \)_{\( y \),\( m \)\( a \)\( x \)}) e a velocidade de fase (\( v \)), bem como o comportamento das densidades de energia cinética (\( d \)\( T \)/\( d \)\( x \)) e potencial (\( d \)\( U \)/\( d \)\( x \)).

Os fenômenos de interferência e a variação aparente de frequências (Efeito Doppler) são pilares da física ondulatória contemporânea. Sobre o tema, preencha as lacunas que completam as frases abaixo com os respectivos valores numéricos relativos às descrições das situações físicas apresentadas:

I. O ângulo de abertura do cone de Mach (\( \alpha \)) para uma aeronave que se desloca com o dobro da velocidade do som no ar (\( V \) = 2\( v \)) é de ______.

II. A razão entre a frequência detectada (\( f \)) e a frequência própria (\( f \)₀) para uma fonte que se aproxima de um observador com velocidade \( V \) = \( v \) \( s \)\( e \)\( n \)(30°), sendo v a velocidade de propagação da onda, é de ______.

III. A diferença de fase (\( \phi \)), em radianos, necessária para que duas ondas harmônicas coerentes, de mesma frequência e amplitude, produzam um ponto de intensidade nula é de _____.

IV. A razão entre a velocidade de grupo (\( v \)_{\( g \)}) e a velocidade de fase (\( v \)) para ondas transversais que se propagam em uma corda homogênea e ideal (meio não dispersivo) é de _____.

Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas dos trechos acima.

Uma usina termoelétrica moderna opera com vapor de água superaquecido a uma temperatura de 500 °C (fonte quente) e é resfriada por um rio cujas águas estão a 20 °C (fonte fria). Em virtude de perdas inerentes ao projeto (atrito, condução de calor e irreversibilidades no ciclo), a eficiência real da usina é de 40%. Considerando os princípios da Termodinâmica e o conceito de entropia, analise a operação dessa usina para cada 1,0 kJ de calor absorvido da fonte quente e assinale a alternativa que descreve corretamente a situação.

Certa massa de um líquido é adicionada no interior de um recipiente cerâmico poroso, de formato cilíndrico, que possui área superficial total de troca térmica de \( A \) = 0,010 m² (incluindo a tampa). O sistema de refrigeração interno mantém o recipiente a uma temperatura constante de \( T \)₀ = 300 K. Durante um turno de 10 horas (0 ≤ \( t \) ≤ 10 h), a temperatura ambiente decresce linearmente de \( T \)_amb = 310 K no início até \( T \)_amb = 300 K ao final. O recipiente troca calor unicamente por radiação (\( \varepsilon \) = 1,0), e toda a energia absorvida é utilizada para a evaporação do líquido, que percola os poros. Determine a massa total aproximada de líquido evaporada em gramas, considerando que:

1. Constante de Stefan-Boltzmann: \( \sigma \) = 5,67 × 10⁻⁸ \( W \)/(\( m \)^{2\( K \)4}).
2. Calor latente de vaporização do líquido: \( L \) = 2268 J/g.
3. 31⁴ = 923.521; 30⁴ = 810.000; 31⁵ = 28.629.151; 30⁵ = 24.300.000.

No desenvolvimento de relógios de pêndulo de alta precisão, um dos maiores obstáculos é a variação do período devido à dilatação térmica da haste. Para mitigar esse efeito, utiliza-se o “pêndulo de grade”, que consiste em um arranjo de barras verticais de dois metais distintos, cujas dilatações se compensam para manter o centro de oscilação em uma posição fixa. Considere um pêndulo cujo comprimento efetivo \( L \) deve ser mantido constante em 0,50 m. O projeto utiliza hastes de aço (coeficiente de dilatação linear \( \alpha \)_{\( a \)ç\( o \)} = 1,1 × 10⁻⁵ ℃ ⁻¹ ) e hastes de alumínio (coeficiente de dilatação linear α_{\( a \)\( l \)} = 2,3 × 10⁻⁵ ℃⁻¹). O arranjo é montado de forma que as hastes de aço se expandam para baixo, e as de alumínio, para cima, conforme o esquema a seguir:

Para que o comprimento efetivo \( L \) permaneça rigorosamente invariável com a temperatura, a razão entre o comprimento total das hastes de aço (\( l \)_{\( a \)ç\( o \)}) e o comprimento total das hastes de alumínio (\( l \)_{\( a \)\( l \)}) deve ser aproximadamente:

No estudo da estática, a análise do equilíbrio de um corpo rígido exige que a resultante das forças externas e o torque resultante em relação a qualquer ponto sejam nulos. No entanto, o equilíbrio não garante a estabilidade do sistema. Para que um corpo rígido flutuante permaneça em equilíbrio estável, é necessário que, ao sofrer uma pequena inclinação, o _____________ se localize acima do _____________, gerando um torque restaurador. Além disso, embora possuam as mesmas dimensões físicas, o Sistema Internacional de Unidades recomenda que o torque seja expresso em _____________ e o trabalho, em _____________, visando evitar a confusão entre o caráter vetorial da tendência de rotação e o caráter escalar da transferência de energia.

Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas do trecho acima.

O formalismo da gravitação universal de Newton unificou a mecânica celeste de Kepler com a dinâmica terrestre. Com base nos princípios de conservação de energia e do momento angular, relacione a Coluna 1 à Coluna 2, associando a respectiva expressão ou o respectivo valor.

Coluna 1

1. Razão entre a energia cinética (\( K \)) e o módulo da energia potencial gravitacional (|\( U \)|) para um satélite em órbita circular estável.

2. Fator de proporcionalidade entre a velocidade de escape (\( v \)_{\( e \)}) e a velocidade orbital (\( v \)_{\( o \)\( r \)\( b \)}) na superfície de um planeta, desprezando o atrito atmosférico.

3. Razão entre os quadrados dos períodos orbitais (\( T \)₁/\( T \)₂) ² de dois satélites que orbitam a mesma massa central em raios \( r \)₁ e \( r \)2 = 4\( r \)₁.

4. Proporção da aceleração da gravidade \( g \)(\( r \)) a uma distância \( r \) = 3\( R \) do centro de um planeta em relação ao valor medido na superfície (\( g \)₀).

Coluna 2

( ) 1/9.

( ) 1/2.

( ) √2.

( ) 1/64.

A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é:

Considere uma partícula de massa inicialmente em repouso na origem de um referencial inercial. A partir do instante \( t \) = 0, ela passa a sofrer a ação de uma força resultante unidimensional cujo módulo varia com a posição de acordo com a expressão

\( F\ \left(x\right)\ =\ C\ \dfrac{X}{\sqrt{x^2+b^2}} \)

onde \( c \) e \( b \) são constantes reais positivas e o movimento ocorre ao longo do eixo \( O \)\( x \) positivo. Assinale a alternativa que indica corretamente o módulo da velocidade da partícula ao atingir a posição \( x \) = \( d \) (com \( d \) > 0).

Dois blocos, 1 e 2, de massas \( m \)₁ = 2,0 kg e \( m \)₂ = 4,0 kg, respectivamente, deslocam-se sobre uma superfície horizontal perfeitamente lisa (atrito desprezível). O bloco 1 move-se para a direita com velocidade constante \( v \)₁ = 4,0 m/s, enquanto o bloco 2 move-se para a esquerda com velocidade constante \( v \)₂ = 2,0 m/s. Presa ao bloco 2, existe uma mola ideal de constante elástica \( k \) = 1200 N/m, conforme ilustra a figura abaixo:

Durante a interação entre os blocos, a máxima compressão sofrida pela mola, que ocorre no instante em que os dois blocos têm a mesma velocidade, é de:

Considere um sistema composto por dois blocos, \( A \) e \( B \), de massas \( m \)_{\( A \)} e \( m \)_{\( B \)}, respectivamente. O bloco \( A \) está sobre o bloco \( B \), e o bloco \( B \) repousa sobre uma superfície horizontal. Existe atrito entre todas as superfícies de contato. Uma força horizontal externa \( F \)⃗ é aplicada apenas ao bloco \( B \), como representado na figura abaixo:

Com base nas Leis de Newton e nas propriedades do atrito descritas, analise as assertivas a seguir e assinale V, se verdadeiras, ou F, se falsas.

( ) Se o sistema (blocos \( A \) e \( B \)) acelerar em conjunto sem deslize relativo entre os blocos, a força de atrito que o bloco \( B \) exerce sobre o bloco \( A \) e a força de atrito que o bloco \( A \) exerce sobre o bloco \( B \) constituem um par ação-reação, conforme a Terceira Lei de Newton.

( ) No limite da iminência de movimento relativo entre \( A \) e \( B \), a força de atrito estático sobre o bloco \( A \) é dada obrigatoriamente por \( f \)_{\( e \)} = \( \mu \)_{\( e \)} ⋅ \( m \)_{\( A \)} ⋅ \( g \), independentemente de qualquer aceleração vertical que o sistema possa possuir (como em um elevador observado por um referencial inercial externo a este).

( ) Se a força \( F \)⃗ for suficiente para que o bloco \( B \) deslize sob o bloco \( A \), a força de atrito cinético exercida pela superfície horizontal sobre o bloco \( B \) terá módulo \( f \)_{\( c \)} = μ_{\( c \)} (\( m \)_{\( A \)} + \( m \)_{\( B \)} )\( g \), assumindo que não há componentes verticais em \( F \)⃗.

( ) A Primeira Lei de Newton afirma que, se a força resultante sobre um corpo é nula, é possível encontrar um referencial inercial no qual esse corpo não possua aceleração; referenciais que aceleram entre si não podem ser ambos inerciais.

A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é: