Uma ambulância em alta velocidade com a sirene ligada desloca-se em direção a um radar operado por uma pessoa. O radar emite ondas de rádio com frequência f₀ que são refletidas pela dianteira da ambulância, retornando para o detector com frequência f_r. A percepção do operador do radar, em relação ao som emitido pela sirene, é de que este se altera à medida que a ambulância se aproxima ou se afasta.

Durante a aproximação, como o operador percebe o som da sirene e qual é a relação entre as frequências f_r e f₀ medidas pelo radar?

Nos automóveis, é importante garantir que o centro de massa (CM) de cada conjunto roda/pneu coincida com o seu centro geométrico. Esse processo é realizado em uma máquina de balanceamento, na qual o conjunto roda e pneu é colocado para girar a uma velocidade de valor constante. Com base nas oscilações medidas, a máquina indica a posição do centro de massa do conjunto, e pequenas peças de chumbo são fixadas em lugares específicos da roda até que as vibrações diminuam. Durante o treinamento de sua equipe, a fim de corrigir a posição do centro de massa indicada pela máquina, um mecânico apresenta o esquema a seguir, com cinco possíveis pontos da roda para posicionar uma peça de chumbo.

Em qual ponto deve ser fixada a peça de chumbo para corrigi r a posição do centro de massa desse conjunto roda/pneu?

O LED é um dispositivo eletrônico que conduz corrente elétrica em um único sentido, sendo caracterizado por uma tensão e uma corrente máxima de funcionamento, I_máx. Um LED acende apenas se a corrente que o percorre está no sentido permitido e se a diferença de potencial à qual está submetido é igual ou superior à sua tensão de funcionamento. A figura ilustra o símbolo do LED usado na representação de circuitos.

Um estudante de física analisa as propriedades do LED em um circuito simples de corrente contínua. Ele dispõe dos seguintes materiais: uma bateria ideal de 4,5 V; dois LEDs de tensão 3,0 V e I_máx = 1,0 mA cada; e dois resistores de 1,5 kΩ cada.

O circuito que o estudante pode montar, para que ambos os LEDs fiquem acesos e cada um seja percorrido por I_máx, é

Na tirinha, Calvin se divertia em um balanço antes de soltar-se dele e cair ao chão. Em sua fala, ele demonstra ter imaginado que permaneceria em movimento circular. Porém, a força gravitacional, que permanece atuando no garoto, modifica a direção de sua velocidade, fazendo com que ele chegue ao chão da maneira ilustrada no último quadrinho.

WATTERSON, B. Disponível em: https://tiras-do-calvin.tumblr.com.
Acesso em: 19 nov. 2021 (adaptado).

Qual vetor representa a força resultante exercida pelo chão sobre Calvin no exato momento em que ele toca o chão?

Em um experimento de laboratório, duas barras metálicas, A e B, são carregadas com cargas opostas e imersas em óleo. Farelo de milho é jogado sobre o óleo e, após um certo tempo, o farelo assume o formato das linhas de campo elétrico entre as barras. A figura representa a vista superior desse experimento.

ALMEIDA, M. A. T. Introdução às ciências físicas 2 — volume 4:
módulo 4. Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2007 (adaptado).

Ao repetir o experimento colocando um cilindro metálico oco entre as placas, o esquema que representa o formato das linhas de campo assumido pelo farelo é:

A tirinha ilustra esquimós dentro de um iglu, habitação de formato hemisférico construída durante o inverno a partir de neve ou blocos de gelo. Essa estrutura de construção se justifica pelo fato de esse povo habitar as regiões mais setentrionais da Groenlândia, Canadá e Alasca.

LAERTE. Disponível em: https://artedafisicapibid.blogspot.com. Acesso em: 4 dez. 2021 (adaptado).

Na tirinha, a geladeira é necessária para fazer gelo porque

Na figura, é apresentado um canhão oscilando preso ao teto por duas molas e disparando continuamente elétrons numa região sujeita a um campo magnético constante.

Dados:

• constante elástica de cada mola: k;
• amplitude de oscilação do canhão / par de molas: A;
• direção de oscilação do canhão / par de molas: y;
• vetor campo magnético: (˘B,0,0);
• velocidade relativa de disparo dos elétrons em relação ao canhão: (˘v,0,0);
• massa do elétron: m;
• massa do canhão: M;
• carga do elétron: ˘e.

Observações:

• o canhão oscila no plano xy;
• a velocidade inicial de um elétron disparado é obtida ao se somarem vetorialmente os efeitos da oscilação e do canhão parado;
• despreze o efeito gravitacional no movimento dos elétrons;
• m << M;
• despreze as interações elétricas entre os elétrons.

Nas condições acima, a maior coordenada \( z \) que algum elétron pode alcançar é:

Em uma determinada região esférica do espaço, a distribuição volumétrica de cargas é tal que o campo elétrico em seu interior é o vetor \( E(r) \hat{u} \), onde \( \hat{u}_r \) é o vetor unitário na direção radial e \( E(r) \), em \( V/m \), é igual a:

\( E(r) = \begin{cases} Acos(\dfrac{3r\pi}{2R})+\dfrac{(2-3)^2}{R}-1 &0 \le r\le R\\0,&r>R \end{cases} \)

em que \( A \) é uma constante, \( r \) é a distância até o centro da esfera e \( R \) é o raio da esfera, em metros.

Observação:

• \( R < 3 m \).

Com as condições impostas acima, a constante \( A \), em \( V/m \), necessariamente é:

Em uma prática de laboratório, a superfície externa de uma parede é integralmente recoberta com um material isolante térmico. Por sua vez, a superfície interna encontra-se exposta a uma chama.

Dados:

• condutividade térmica da parede: 3 W/(m.◦C);

• condutividade térmica do material isolante: 0,02 W/(m.◦C);

• espessura da parede: 15 cm;

• espessura do material isolante: 4 mm;

• temperatura na superfície livre do isolante: 45 ◦C;

• temperatura na superfície da parede em contato com a chama: 295 ◦C;

• calor latente de fusão do gelo: 336 J/g;

• dimensões da parede e da camada isolante: 2m × 0,84 m.

A massa de gelo máxima, em kg, que a energia incidente na parede é capaz de fundir em uma hora de experimento é:

Uma lente convergente é construída usando um material de índice de refração \( n \), podendo a sua distância focal \( f \) ser calculada usando a equação dos fabricantes de lentes. Um objeto é posicionado no eixo da lente e muito distante da mesma.

Observações:

• \( f \) é proporcional a \( (n-1)^{-1} \);

• \( n > 1 \);

• seja \( x \) tal que \( |x| << 1 \), então \( (1-x)^{-1} \approx 1 + x \).

Caso haja uma ínfima variação na constituição do índice de refração do material \( (n \rightarrow n + \Delta n) \), a variação \( \Delta i \) na posição final da imagem do objeto \( (i \rightarrow i + \Delta i) \) é, aproximadamente: