OBF 2017 — NIVEL II FASE 2 OBF 2017 I.pdf

Questão 1 (exclusiva para alunos da 1a série) - A figura abaixo mostra um experimento lúdico que permite o lançamento de um bloco, a partir da base de um plano inclinado de 30o, com a impulsão feita por um sistema com molas. Um sensor de velocidade instalado próximo da base deste plano registra os valores da velocidade do bloco: V1 = 4 m/s, na subida e V2 = 3 m/s, na descida. Determine:

A. O coeficiente de atrito entre o bloco e o plano, caso exista.
B. A distância d, em metros, percorrida pelo bloco na subida do plano.

Topic: Newtonian Mechanics, Conservation of Energy Metodi: Free-Body Diagram, Energy Conservation Method, Kinematic Equations Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Block, Inclined Plane, Spring Fonte: Testo (PDF) — p.2

Domanda 1 (esclusiva per la prima elementare) - La figura seguente mostra un un esperimento ludico che consente di lanciare un blocco, partendo dalla base di un piano inclinato di 30°, con la spinta di un sistema di molla. Um sensore di velocità installato vicino alla base di questo piano registra i valori di velocità del blocco: V1 = 4 m/s in salita e V2 = 3 m/s in discesa. Determina:

A. Il coefficiente di attrito tra il blocco e il piano, se esistente.
B. La distanza d, in metri, percorsa dal blocco all’ascesa del piano.

Question 1 (exclusive to first-year students) - The figure below shows a A playful experiment that allows the launch of a block from the base of a a 30° slope, with the thrust of a spring system. Um Speed sensor installed near the base of this plane records the values The speed of the block: V1 = 4 m/s at the rise and V2 = 3 m/s at the descent. Determine:

A. The friction coefficient between the block and the plane, if any.
B. The distance d in metres travelled by the block as it ascends the plane.

Questão 2 (exclusiva para alunos da 1a série) – Estudantes de Física se depararam com o seguinte problema: Um cubo maciço, de 1 m de aresta, foi empurrado por um indivíduo ao longo de uma distância sobre uma superfície áspera. Sabendo que o trabalho realizado pelo indivíduo foi de 1000 J e gastou-se 200 J em calor. Determine a parcela de energia, em joules, transferida pelo indivíduo para um cubo, de 5 dm de aresta, no interior do cubo citado. Admita que o movimento seja do tipo MRUV e a energia seja distribuída uniformemente para o volume do cubo. 3

Topic: Conservation of Energy Metodi: Energy Conservation Method, Conservation Laws Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.2

Question 2 (esclusiva per la prima elementare) E’ stato un problema. Un cubo massiccio di un metro di largo è stato spinto da un individuo lungo una distanza su una superficie

Rude. Sapendo che il lavoro svolto da questo individuo è stato di 1000 J e si è speso 200 J di calore. Determina la quota di energia, in joules, trasferita dal individuo per un cubo di 5 dm di spina all’interno del cubo citato. Ammette che il movimento è MRUV e l’energia è distribuita uniformemente per il volume del cubo. 3

Topic: Conservation of Energy Metodi: Energy Conservation Method, Conservation Laws Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.2

Question 2 (exclusive for first-year students) Physics students They had the following problem: A massive cube, one meter wide, was pushed by an individual over a distance on a surface It’s rough. Knowing that the work done by the individual was 1000 J and spent 200 j in heat. Determine the energy particle in joules transferred by the individual to a cube, 5 dm of edge, inside the said cube. Admit that the movement is MRUV and the energy is evenly distributed to the volume of the cube. 3

Topic: Conservation of Energy Metodi: Energy Conservation Method, Conservation Laws Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.2

Questão 3 – A figura abaixo mostra um sistema simplificado de frenagem de uma roda. Admita que o operador aplique uma força no pistão de comando cuja área de secção é de 100 $m m^{2}$ , deslocando-o 2 cm. Este aumento de pressão se transmite integralmente à todos os pontos deste líquido, empurrando o êmbolo do freio, de 400 $m m^{2}$ de área, que atua na pastilha de freio da roda. Determine o deslocamento, em centímetros, sofrido pelo êmbolo do freio. Desprezar atritos.

Topic: Fluid Mechanics Metodi: Hydrostatic Equilibrium, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Piston Fonte: Testo (PDF) — p.3

Domanda 3 La figura seguente mostra un sistema di frenatura semplificato di una

Roto. Consente all’operatore di applicare una forza al pistone di comando la cui area è sezione è di 100 $m m^{2}$ , spostandola di 2 cm. Questo aumento della pressione si trasmette integralmente a tutti i punti di questo liquido, spingendo l’embolo del un freino, di 400 $m m^{2}$ di superficie, che agisce sulla spina di frenatura della ruota. Determina il spostamento in centimetri, subito dal pendolo del freno. Spregettare gli scontri.

Topic: Fluid Mechanics Metodi: Hydrostatic Equilibrium, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Piston Fonte: Testo (PDF) — p.3

Question 3 The figure below shows a simplified braking system of a It’s a wheel. Allow the operator to apply a force to the control piston whose area The section is 100 $m m^{2}$ , moving it by 2 cm. This increase in pressure is The water is then pumped to all points of this liquid, pushing the plunger into the brake, of 400 $m m^{2}$ area, acting on the wheel brake pad. Determine the displacement in centimetres, suffered by the brake lining. Disdain for friction.

Topic: Fluid Mechanics Metodi: Hydrostatic Equilibrium, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Piston Fonte: Testo (PDF) — p.3

Questão 4 – Máquinas térmicas que podem transformar o calor em energia cinética marcaram o início da quebra de paradigma social referente ao transporte de cargas e pessoas. Tal período ficou conhecido como Revolução Industrial. O estudo de motores foi de suma importância para o invento de tais máquinas. Suponha que uma máquina térmica hipotética opere em ciclos, conforme o 4

diagrama a seguir. Determine o trabalho (em joule) realizado por esta máquina durante a operação de um ciclo.

Topic: Thermodynamics Metodi: Thermodynamic Cycle Analysis, First Law of Thermodynamics Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Heat Engine, Gas Fonte: Testo (PDF) — p.3

Domanda 4 Macchine termiche che possono trasformare il calore in energia La cinetica ha segnato l’inizio della rottura del paradigma sociale per quanto riguarda il trasporto di carichi e persone. Tale periodo fu conosciuto come rivoluzione industriale. O Lo studio dei motori è stato di grande importanza per l’invenzione di tali macchine. Supponiamo che una macchina termico ipotetica operi in cicli, secondo il 4

il diagramma successivo. Determina il lavoro (in joule) svolto da questa macchina durante l’operazione di un ciclo.

Question 4 Thermal machines that can convert heat into energy The first of these was the development of the new model of transportation. of cargo and people. This period became known as the Industrial Revolution. O The study of engines was of utmost importance for the invention of such machines. Suppose a hypothetical thermal machine operates in cycles, as 4

Here’s the chart. Determine the work (in joule) performed by this machine during the operation of a cycle.

Questão 5 – A interação de um campo elétrico com um campo magnético explica a natureza das ondas eletromagnética ou ondas luminosas. O segundo-luz é a distância que esta onda luminosa percorre em 1 s no vácuo. Um pulso luminoso é emitido da Terra e refletido por um espelho, de alto poder de reflexão, colocado na Lua por uma sonda espacial, em uma de suas viagens, sendo recebido de volta à Terra 2,6 s após sua emissão, conforme indica figura seguinte. Determine a distância, em segundo-luz, entre a Terra e a Lua. 5

Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Unit Conversion Objects: Mirror Fonte: Testo (PDF) — p.4

Domanda 5 L’interazione di un campo elettrico con un campo magnetico spiega la natura delle onde elettromagnetiche o delle onde luminose. La seconda luce è la Distanza che questa onda luminosa percorre in un secondo nel vuoto. Un polso luminoso è emesso dalla terra e riflesso da uno specchio di grande potenza riflessiva, La missione di un’astronave sulla luna, in uno dei suoi viaggi, è stata ricevuta da ritorna sulla Terra 2,6 s dopo l’emissione, come indicato nella figura seguente. Determina La distanza, a seconda luce, tra la Terra e la Luna. 5

Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Unit Conversion Objects: Mirror Fonte: Testo (PDF) — p.4

Question 5 The interaction of an electric field with a magnetic field explains the nature of electromagnetic waves or light waves. The second light is the distance this light wave travels in 1 second in the vacuum. A bright wrist is emitted from the earth and reflected by a mirror of high reflection power, placed The Commission has already taken a number of steps to ensure that the Commission is able to take the necessary measures to ensure that the return to Earth 2.6 s after its emission, as shown in Figure 1. Determine The distance, in second light, between the Earth and the Moon. 5

Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations, Physical Modeling Competenze: Physical Reasoning, Unit Conversion Objects: Mirror Fonte: Testo (PDF) — p.4

Questão 6 – Um recipiente com água foi colocado sobre uma balança digital, de alta precisão, fornecendo a indicação de 900 g, conforme figura 1. Posteriormente colocou-se um corpo, conforme o esquema da figura 2, obtendo-se a indicação de 1030 g na balança. Determine a magnitude do empuxo (em newton) aplicado pela água sobre este corpo.

PARTE II – QUESTÕES DE RESPOSTA ABERTA

Topic: Fluid Mechanics, Newtonian Mechanics Metodi: Hydrostatic Equilibrium, Free-Body Diagram Competenze: Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Container Fonte: Testo (PDF) — p.5

Domanda 6 Un recipiente di acqua è stato posto su una bilancia digitale, di alta precisione, fornendo l’indicazione di 900 g, come riportato in figura 1. Successivamente se si è installati un corpo, secondo lo schema di cui alla figura 2, ottenendo l’indicazione di 1030 grammi sul bilanciatore. Determina la magnitudine di impulso (in newton) applicata da acqua su questo corpo.

PARTE II Domande di risposta aperte

Question 6 A container of water was placed on a digital scale, high precision, providing the indication of 900 g, as shown in Figure 1. Subsequently The body is placed as shown in Figure 2, giving the indication of 1030 g on the scale. Determine the magnitude of the thrust (in newtons) applied by the water on this body.

Part II Questions for an open answer

Questão 7 (exclusiva para alunos da 1a série) – Um caminhão se desloca em MRU sobre uma estrada plana e horizontal. Um bloco M está suspenso a uma altura L/2 da carroceria do caminhão, conforme esquema seguinte. No momento em que o caminhão passa em A, o barbante de sustentação se rompe e o bloco cai em queda livre. Determine a velocidade do caminhão para que o bloco atinja sua carroceria no ponto P. 6

Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations, Free-Body Diagram, Vector Decomposition Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Block, String Fonte: Testo (PDF) — p.5

Domanda 7 (esclusiva per i bambini della prima elementare) Un camion si muove in MRU su una strada piana e orizzontale. Un blocco M è sospeso a una altezza L/2 del carrozzeria del camion, secondo il seguente schema. Al momento quando il camion passa in A, il battito di supporto si rompe e il blocco cade in caduta libera. Determina la velocità del camion per raggiungere il blocco il suo carrozzeria al punto P. 6

Question 7 (exclusive to first-graders) A truck moves around in a MRU on a flat and horizontal road. An M block is suspended at one L/2 height of the body of the truck, as shown below. At the moment When the truck goes through A, the support bead breaks and the block It falls into free fall. Determine the speed of the truck to reach the block its body at point P. 6

Questão 8 (exclusiva para alunos da 1a série) – Um estudante observou, no Google Maps, uma fotografia de satélite que identificava um barco se deslocando na Baía do Marajó, formando um Cone de Mach nas águas, conforme o esquema desenhado abaixo. Sabendo que as ondas na água se propagavam com velocidade de 4 m/s, qual a velocidade do barco?

Topic: Oscillations & Waves Metodi: Wave Equation, Physical Modeling, Small-Angle Approximation Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.6

Domanda 8 (esclusiva per studenti della prima elementare) Uno studente ha osservato, in Google Maps, una fotografia satellitare che identificava una barca in movimento nella baia del Marajó, formando un cono di Mach nelle acque, secondo lo schema disegnata qui sotto. Sapendo che le onde dell’acqua si diffondevano con 4 metri al secondo, che velocità ha la barca?

Question 8 (exclusive to 1st graders) One student observed, in Google Maps, a satellite photo that identified a boat moving in the Bay of Marajó, forming a Mach cone in the waters, according to the scheme drawn below. Knowing that the waves in the water were spreading with 4 m/s, what’s the boat’s speed?

Questão 9 – Um objeto pontual desloca-se com velocidade constante de 10 m/s e aproximando-se do vértice (V) de um espelho côncavo, de distância focal 10 cm, conforme ilustra figura seguinte. Num dado instante, ele passa pelo ponto A, situado a 10 cm do centro de curvatura do espelho, com uma velocidade v = 10 cm/s. Determine 7

a) a posição da imagem, em relação ao vértice do espelho, quando o objeto passa pelo ponto A. b) a velocidade da imagem.

Topic: Geometric Optics Metodi: Thin Lens & Mirror Equation, Ray Tracing, Calculus-Integration Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Mirror Fonte: Testo (PDF) — p.6

Domanda 9 Un oggetto puntante si muove a velocità costante di 10 m/s e avvicinandosi alla verticale (V) di uno specchio conca, di distanza focale di 10 cm, come illustrato nella figura seguente. In un istante, passa attraverso il punto A, situato a 10 cm dal centro di curvatura dello specchio, con velocità v = 10 cm/s. Determina 7

a) la posizione dell’immagine rispetto alla verticale dello specchio quando l’oggetto è passa attraverso il punto A. b) velocità dell’immagine.

Question 9 A point object moves at a constant speed of 10 m/s and approaching the vertex (V) of a concave mirror, with a focal distance of 10 cm, as illustrated in the following figure. At a given moment, it passes through point A, located 10 cm from the mirror’s center of curvature, with a speed v = 10 cm/s. Determine 7

(a) the position of the image in relation to the apex of the mirror when the object is passes through point A. (b) the image speed.

Questão 10 – O motor de um barco possui a seguinte informação em seu manual: Sob potência máxima, o consumo médio é de 3 l/h (litros por hora).

Este barco efetua uma viagem de uma cidade A para uma cidade B, localizadas as margens de um rio. Neste percurso “subindo o rio”, o consumo médio foi de 9 litros de combustível. No caminho inverso, ou seja, “descendo o rio”, o consumo médio foi de 6 litros de combustível. Sabe-se que a velocidade da correnteza (Va) é constante e igual a 1,8 km/h. Determine a velocidade própria do barco (Vb).

Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations, Physical Modeling Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7

Domanda 10 Il motore di una barca ha le seguenti informazioni nel suo Manuale: Al massimo, il consumo medio è di 3 l/h (litroni all’ora).

Questa barca fa un viaggio da una città A a una città B, localizzate le rive di un fiume. In questo percorso, il consumo di La media era di 9 litri di carburante. Invece, in un’altra direzione, La produzione di carburanti è stata di circa 6 litri. È noto che la velocità di corrente (Va) è costante ed è pari a 1,8 km/h. Determina la velocità di barca (Vb).

Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations, Physical Modeling Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7

Question 10 The engine of a boat has the following information in its Manual: At maximum power, the average consumption is 3 litres per hour.

This boat makes a trip from city A to city B, Located on the banks of a river. On this route up the river, the consumption of The average was nine liters of fuel. In the reverse direction, i.e. down the The average fuel consumption was 6 litres. The speed of the current (Va) is constant and equal to 1,8 km/h. Determine the speed proper of the the ship (Vb).

Topic: Newtonian Mechanics Metodi: Kinematic Equations, Physical Modeling Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7

Questão 11 – Entre um Sniper (Atirador de elite, franco tirador) e o desarme luminoso vermelho de uma bomba, tem-se uma lâmina de vidro transparente, conforme figura abaixo. Admita, hipoteticamente, que o vidro possua 2 cm de 8

espessura e refringência igual a 1,5 para a luz vermelha. Determine o deslocamento vertical do rifle que é paralelo à linha de referência, mostrada na figura abaixo, para que o Sniper consiga desarmar a bomba com sua mira luminosa vermelha.

Topic: Geometric Optics Metodi: Snell’s Law, Ray Tracing Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7

Domanda 11 Tra un Sniper e il disarmo una lampada rossa di una pompa, si ha una lamina di vetro trasparente, come riportato di seguito. Supponiamo, ipoteticamente, che il vetro abbia 2 cm di 8

spessore e rigidità pari a 1,5 per la luce rossa. Determina il spostamento verticale del fucile parallelo alla linea di riferimento, mostrato in Figura qui sotto, così che lo Sniper possa disarmarla con il suo bersaglio

Un’aria rossa.

Topic: Geometric Optics Metodi: Snell’s Law, Ray Tracing Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7

Question 11 Between a sniper and disarmament a red-lighted pump, you have a clear glass blade, as shown below. Assume, hypothetically, that the glass has 2 cm of 8

thickness and refraction equal to 1,5 for red light. Determine the vertical displacement of the rifle parallel to the reference line, shown in Figure below, so that the sniper can disarm the bomb with his target. bright red.

Topic: Geometric Optics Metodi: Snell’s Law, Ray Tracing Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7

Questão 12 – A Figura 1 mostra um corpo preso a uma mola, podendo oscilar em MHS na vertical e com período de 1,4 s. Na Figura 2, o mesmo corpo é preso a duas molas idênticas à anterior, sendo colocado para oscilar em MHS verticalmente. Desprezando todas as forças resistentes, determine o período de oscilação na situação da Figura 2.

Topic: Oscillations & Waves Metodi: Simple Harmonic Motion Analysis, Hooke’s Law Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Spring, Block Fonte: Testo (PDF) — p.8

Domanda 12 La figura 1 mostra un corpo attaccato a una molla, che può oscillare in MHS verticale e con durata di 1,4 secondi. In Figura 2, lo stesso corpo è bloccato a due molle identiche all’ultima, posizionate per oscillare in MHS Verticalmente. Scommettere che il periodo di oscillazione della situazione di Figura 2.

Question 12 Figure 1 shows a body attached to a spring, able to oscillate in MHS in vertical and with a period of 1,4 s. In Figure 2, the same body is attached to the two springs identical to the previous one, being placed to oscillate in MHS vertically. The period of the The change in the situation in Figure 2

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