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:

Na análise termodinâmica de motores reais, frequentemente utiliza-se o conceito de processo politrópico, no qual PVⁿ = constante, onde n é o índice politrópico. Este modelo generaliza processos termodinâmicos básicos: n = 0 (isobárico), n = 1 (isotérmico), n = γ (adiabático), n → ∞ (isocórico).

Um professor ao lecionar termodinâmica avançada apresenta um ciclo termodinâmico composto por quatro processos politrópicos sucessivos formando um ciclo fechado: (1→2) expansão com n₁ = 1,2; (2→3) resfriamento com n₂ = 1,5; (3→4) compressão com n₃ = 1,3; (4→1) aquecimento com n₄.

Para que este ciclo seja termodinamicamente possível (retorne ao estado inicial), qual deve ser aproximadamente o valor de n₄, sabendo que P₁V₁¹'² = P₂V₂¹'², P₂V₂¹'⁵ = P₃V₃¹'⁵, P₃V₃¹'³ = P₄V₄¹'³?

Um estudante de física realiza um experimento com ondas estacionárias em uma corda de comprimento L = 2,0 m, fixa em ambas as extremidades e submetida a uma tensão T. Ele observa que o terceiro harmônico (n = 3) ressoa à frequência f₃ = 120 Hz. Ao modificar apenas a tensão da corda para um novo valor T', o estudante observa que a frequência de ressonância do quarto harmônico (n = 4) no novo sistema coincide exatamente com a frequência do quinto harmônico (n = 5) do sistema original.

Considerando que a massa linear da corda μ permanece constante, a razão T'/T entre as tensões é:

Em um experimento de laboratório, um tubo capilar de vidro com raio interno r = 0,5 mm é inserido verticalmente em um recipiente contendo água a 20°C. A altura h que a água sobe no capilar é medida. Em seguida, o mesmo experimento é repetido, mas desta vez a água do recipiente está a 80°C.

Dados: Tensão superficial da água a 20°C: γ₁ = 72,8 mN/m; a 80°C: γ₂ = 62,6 mN/m Ângulo de contato água-vidro: θ ≈ 0° (molhamento completo) Densidade da água a 20°C: ρ₁ = 998 kg/m³; a 80°C: ρ₂ = 972 kg/m³

Sobre os resultados deste experimento, um professor de Física deve compreender que:

A precessão do periélio de Mercúrio foi um dos testes cruciais da Relatividade Geral. Observa-se um avanço de aproximadamente 574" por século, dos quais cerca de 531"/século decorrem de perturbações gravitacionais de outros planetas. O excedente de ~43"/século não é explicado pela mecânica newtoniana.

Considerando a origem física desse excedente, assinale a alternativa que descreve corretamente por que a Relatividade Geral é necessária nesse fenômeno.

No estudo de forças centrais conservativas, considere uma partícula de massa m movendo-se sob a ação de uma força F = -k/r³, onde k é uma constante positiva e r é a distância ao centro de força. Analise as seguintes afirmações sobre o movimento desta partícula.

I. O momento angular da partícula em relação ao centro de força é sempre conservado.

II. A energia potencial efetiva do sistema apresenta um mínimo para um valor específico de r, permitindo órbitas circulares estáveis.

III. Para órbitas circulares, a velocidade angular ω é proporcional a r^(-3/2).

Está correto o que se afirma em: