Um professor de Física demonstra o fenômeno de ressonância usando um conjunto de pêndulos simples de diferentes comprimentos suspensos em uma barra horizontal flexível. Este fenômeno é discutido, então, no contexto de situações cotidianas e históricas por meio dos exemplos a seguir.

I. Em 1831, uma ponte suspensa sobre o rio Broughton (Inglaterra) colapsou quando soldados marchavam em formação regular sobre ela, pois a frequência de suas passadas coincidia com a frequência natural de vibração da ponte.

II. Taças de cristal podem quebrar quando expostas a sons de frequência e intensidade apropriadas, mesmo que o som não seja extremamente alto, pois a frequência do som coincide com uma frequência natural de vibração da taça.

III. Ao empurrar uma criança em um balanço, consegue-se amplitudes muito maiores aplicando empurrões pequenos na frequência natural do balanço, comparado a empurrões grandes em frequências aleatórias.

IV. Instrumentos de cordas como violões produzem som audível porque as vibrações das cordas fazem o corpo do instrumento ressonar, amplificando significativamente o som.

Sobre estes casos, é possível concluir que:

em 1851, Léon Foucault demonstrou a rotação da Terra usando um pêndulo de 67 metros suspenso na cúpula do Panteão de Paris.

A partir desse experimento, um professor de Física propõe aos alunos a seguinte análise: "Considere pêndulos de Foucault idênticos instalados em três locações: (A) no Polo Norte, (B) na latitude de São Paulo (≈23°S), e (C) no Equador.

Em qual(is) desses locais o plano de oscilação do pêndulo completaria uma rotação aparente em 24 horas?

Considere um planeta hipotético P que orbita uma estrela de massa M em órbita aproximadamente circular, com raio orbital r e período T. Um satélite natural S, de massa mₛ ≪ M, orbita o planeta a uma distância d, sendo responsável pela geração de marés em sua superfície. Sabe-se que as forças de maré decorrem do gradiente do campo gravitacional produzido pelo satélite ao longo do corpo do planeta.

Com base na Lei da Gravitação Universal e nas Leis de Kepler, analise as afirmações a seguir e assinale a alternativa correta.

Um professor de Física apresenta aos alunos a situaçãoproblema a seguir. “Um bloco de gelo a 0 °C é colocado em um calorímetro ideal contendo água líquida também a 0 °C.

O sistema é isolado termicamente do ambiente, mantido à pressão atmosférica e deixado em repouso por tempo prolongado.” Três alunos apresentam previsões diferentes:

• Aluno 1: “Nada acontecerá, pois ambos estão na mesma temperatura e não há diferença térmica para promover transferência de calor.”

• Aluno 2: “O gelo derreterá parcialmente, pois o estado líquido é termodinamicamente mais estável que o sólido à pressão atmosférica, mesmo a 0 °C.”

• Aluno 3: “Parte da água líquida congelará, pois o sistema busca o estado de menor energia interna, e o gelo possui menor energia interna que a água líquida à mesma temperatura.”

Do ponto de vista termodinâmico rigoroso, considerando as propriedades da água e os princípios das leis da Termodinâmica, o professor conclui corretamente que:

Em 1820, Hans Christian ⌀rsted demonstrou acidentalmente que uma corrente elétrica produz campo magnético ao observar que uma bússola era defletida quando colocada próxima a um fio condutor percorrido por corrente. Agora, observe a situação a seguir. Um professor recria este experimento histórico em sala de aula usando uma bússola e um fio retilíneo longo percorrido por corrente contínua. Ao posicionar a bússola em diferentes pontos ao redor do fio, observa-se que:

I. a agulha da bússola sempre se orienta tangencialmente a círculos concêntricos centrados no fio, indicando que as linhas de campo magnético gerado pela corrente são circulares;

II. invertendo o sentido da corrente elétrica no fio, a agulha da bússola inverte sua orientação em 180°;

III. dobrando a distância da bússola ao fio, a deflexão da agulha diminui, sugerindo que a intensidade do campo magnético decresce com a distância;

IV. em pontos equidistantes do fio, se a corrente for duplicada, o ângulo de deflexão da agulha aproximadamente dobra (para pequenas deflexões), indicando proporcionalidade entre corrente e campo magnético.

Considerando os princípios físicos envolvidos e as limitações experimentais de medidas com bússola, está correto o que se afirma em:

Um professor de Física apresenta aos alunos o seguinte texto adaptado de um artigo científico sobre colisões mecânicas: “Em experimentos com colisões frontais entre esferas metálicas em trilhos de ar horizontal, observou-se que, após a colisão entre uma esfera A (massa 2m), inicialmente em movimento, e uma esfera B (massa m), inicialmente em repouso, a esfera A manteve seu sentido de movimento com velocidade reduzida, enquanto a esfera B passou a se mover para frente. As medições indicaram uma diminuição de aproximadamente 15% da energia cinética total do sistema. A interpretação proposta no texto é que esse resultado sugere uma não conservação da energia, possivelmente associada a efeitos quânticos macroscópicos ou a campos não considerados.”

Considerando os princípios físicos envolvidos e os objetivos de uma leitura crítica de textos científicos, o professor deve orientar os alunos a:

Em 1887, Heinrich Hertz observou que luz ultravioleta incidindo sobre eletrodos metálicos facilitava a passagem de faíscas elétricas. Ao ensinar o efeito fotoelétrico, um professor apresenta um gráfico da energia cinética máxima dos fotoelétrons (Ec,máx) em função da frequência da luz incidente (f) para três metais A, B e C. As três retas possuem a mesma inclinação, mas interceptam o eixo das frequências em pontos distintos, com fA < fB < fC.

Com base na teoria quântica do efeito fotoelétrico, conclui-se que:

Na virada do século XIX para o XX, experimentos sobre a natureza da luz levantaram questões fundamentais. Em 1801, Thomas Young realizou o experimento da dupla fenda, observando padrões de interferência. Em 1905, Einstein explicou o efeito fotoelétrico usando o conceito de quantum de luz. Nesse contexto, considere a situação a seguir.

Um professor preparando aula sobre natureza da luz apresenta aos alunos o seguinte experimento mental moderno: um feixe de luz de baixíssima intensidade (poucos fótons por segundo) passa por um arranjo de dupla fenda e atinge um detector de fótons sensível. O experimento é realizado por tempo prolongado, registrando a posição de chegada de cada fóton individual.

Sobre os resultados esperados deste experimento, é correto afirmar que:

Em 1831, Michael Faraday descobriu que um campo magnético variável pode induzir corrente elétrica em um circuito, fenômeno conhecido como indução eletromagnética. Considere a seguinte situação experimental: um anel condutor fechado é posicionado com seu plano perpendicular a um campo magnético uniforme B. O campo magnético é então desligado completamente em um intervalo de tempo Δt.

Um professor de Física, ao analisar este fenômeno com seus alunos, deve compreender que:

I. durante o desligamento do campo, surge uma corrente induzida no anel cuja direção é determinada pela Lei de Lenz, de modo que o campo magnético gerado por esta corrente se opõe à diminuição do fluxo magnético original;

II. se o anel for cortado em um ponto (tornando-se não fechado), mas mantendo as extremidades muito próximas sem se tocarem, não haverá corrente induzida, mas ainda haverá uma diferença de potencial (f.e.m.) induzida entre as extremidades;

III. a energia dissipada no anel durante o processo de desligamento do campo independe do tempo Δt que o campo leva para ser desligado, dependendo apenas da variação total do fluxo magnético e da resistência do anel;

IV. se dois anéis idênticos forem colocados na mesma região, um feito de cobre (boa condutividade) e outro de aço (menor condutividade), ambos dissiparão a mesma quantidade de energia durante o desligamento do campo.

Está correto o que se afirma em: