Questão 1 – Um estudante em visita a um museu de ciências observou um sistema no qual há dois tubos inclinados montados sobre uma plataforma que pode girar em torno de um eixo vertical. Os tubos estão completamente preenchidos por um mesmo líquido e cada tubo contém uma esfera que está pintada com cor diferente. A figura A representa o sistema quando está estacionário. Os visitantes do museu podem girar o conjunto através de uma manivela (não mostrada na figura). A figura B mostra uma visão instantânea do que se observa quando o conjunto gira com uma velocidade angular suficientemente alta. Descreva e justifique o fenômeno observado.
Topic: Fluid Mechanics, Rotational Dynamics Metodi: Free-Body Diagram, Physical Modeling, Vector Decomposition Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: Tube, Sphere Fonte: Testo (PDF) — p.1
Domanda 1 Uno studente in visita a un museo di scienze ha osservato un sistema in cui ci sono due tubi inclinati montati su una piattaforma che può ruotare attorno ad un asse verticale. I tubi sono E’ un tubo completamente riempito da un unico liquido e ogni tubo contiene una sfera che è dipinta con diverso colore. La figura A rappresenta il sistema quando è in posizione fissa. I visitatori del museo possono girare l’insieme attraverso una manopola (non mostrata nella figura). La figura B mostra una visione istantanea di ciò che si osserva quando l’insieme ruota a una velocità angolare sufficiente alto. Descrivere e giustificare il fenomeno osservato.
Topic: Fluid Mechanics, Rotational Dynamics Metodi: Free-Body Diagram, Physical Modeling, Vector Decomposition Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: Tube, Sphere Fonte: Testo (PDF) — p.1
Question 1 A student visiting a science museum observed a system in which there are two tubes slopes mounted on a platform that can rotate around a vertical axis. The pipes are They’re completely filled with the same liquid and each tube contains a sphere that’s painted with A different color. Figure A represents the system when it is stationary. Visitors to the museum can rotate the assembly through a crank (not shown in Figure). Figure B shows a view instantaneous of what is observed when the set rotates at a sufficiently angular speed High. Describe and justify the observed phenomenon.
Topic: Fluid Mechanics, Rotational Dynamics Metodi: Free-Body Diagram, Physical Modeling, Vector Decomposition Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: Tube, Sphere Fonte: Testo (PDF) — p.1
Questão 2 – Em um laboratório de ótica, uma fonte de laser F de comprimento de onda está ajustada para que seu feixe incida sobre a superfície curva de um prisma cilíndrico de raio e índice de refração , conforme ilustrado na figura abaixo. Em que posição deve ser colocado um segundo prisma, idêntico ao primeiro, de modo que o feixe laser, após atravessar os dois prismas, siga em uma direção paralela ao eixo ?
LEIA ATENTAMENTE AS INSTRUÇÕES ABAIXO 1 - Esta prova destina-se exclusivamente aos alunos da 3a do Ensino Médio. Ela contém oito questões. Cada questão tem valor de 10 pontos e a prova um total de 80 pontos. 2 - O Caderno de Respostas possui instruções que devem ser lidas cuidadosamente antes do início da prova. 3 - Todos os resultados numéricos devem ser expressos em unidades no Sistema Internacional e seguindo as instruções específicas da questão. 4 - A duração desta prova é de quatro horas, devendo o aluno permanecer na sala por no mínimo sessenta minutos. Se necessário, e a menos que indicado ao contrário, use: velocidade da luz no vácuo m/s; aceleração da gravidade ; atm Pa; densidade da água líquida ; calor específico da água líquida J/g·K; calor específico do gelo J/g·K; calor latente de fusão do gelo J/g; ; ; ; ; .
Topic: Geometric Optics Metodi: Snell’s Law, Ray Tracing Competenze: Diagrammatic Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Prism Fonte: Testo (PDF) — p.1
In un laboratorio di ottica, una fonte laser F di lunghezza d’onda è regolata per il suo fascio incidere sulla superficie curva di un prisma cilindrico di radius e indice di refrazione , come illustrato nella figura seguente. In che posizione deve essere collocato un secondo prisma, identico al primo, in modo che il fascio laser, dopo aver attraversato i due prismi, prosegua in una direzione perallineare l’asse ?
Leggi attentamente le istruzioni qui sotto 1 - Questo test è rivolto esclusivamente agli studenti della terza elementare. Contiene otto
- Le domande. Ogni domanda ha un valore di 10 punti e la prova un totale di 80 punti. 2 - Il Libro delle Risposte contiene istruzioni che devono essere lette con attenzione prima dell’inizio della Prova. 3 - Tutti i risultati numerici devono essere espressi in unità nel Sistema internazionale e seguendo le istruzioni specifiche della questione. 4 - La durata di questo esame è di quattro ore e il studente deve rimanere in sala per un minimo di tempo. 60 minuti. Se necessario, e salvo indicazione contraria, utilizzare: velocità di luce in vuoto m/s; Accelerazione della gravità ; atm Pa; densità dell’acqua liquida ; calore specifico di acqua liquida J/g·K; specifico di calore del ghiaccio J/g·K; calore latente di fusione del ghiaccio gelo J/g; ; ; ; ; .
Topic: Geometric Optics Metodi: Snell’s Law, Ray Tracing Competenze: Diagrammatic Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Prism Fonte: Testo (PDF) — p.1
Question 2 In an optical laboratory, an F laser source of wavelength is adjusted for its beam to strike the curved surface of a cylindrical prism of radius and refractive index as shown in the figure below. In which position shall a second prism be placed, The laser beam, after crossing the two prisms, continues in one direction. parallel to the axis?
Read the instructions carefully below 1 - This test is intended exclusively for pupils in the third grade of secondary education. It contains eight Questions. Each question is worth 10 points and the proof a total of 80 points. 2 - The Answer Book contains instructions which must be read carefully before the start of the I’ll try that. 3 - All numerical results shall be expressed in units in the International System and following the specific instructions in the matter. 4 - The duration of this test is four hours and the student must remain in the classroom for at least 60 minutes. If necessary, and unless otherwise stated, use: vacuum light speed m/s; aceleração da gravidade ; atm Pa; densidade da água líquida ; calor specific to liquid water J/g·K; specific heat to ice J/g·K; latent heat to melt of the gelo J/g; ; ; ; ; .
Topic: Geometric Optics Metodi: Snell’s Law, Ray Tracing Competenze: Diagrammatic Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Prism Fonte: Testo (PDF) — p.1
Questão 3 – Uma certa porção de gás ideal está encerrada na câmara formada por um pistão acoplado a um cilindro vertical. Inicialmente, a posição do pistão é mantida fixa através de um pino de forma que a pressão inicial do gás é atm e seu volume é litros. A pressão externa ao pistão atm é dada pela soma da pressão atmosférica e da pressão exercida por uma massa que está apoiada em sua superfície externa. As paredes do cilindro são diatérmicas e o conjunto está parcialmente mergulhado em uma mistura com água e gelo em equilíbrio entre si e com a atmosfera (todos os subsistemas estão à temperatura de ). Em certo momento, o pino é removido e espera-se que o sistema atinja um novo estado de equilíbrio. Qual a massa de gelo que se funde neste processo?
Topic: Thermodynamics Metodi: First Law of Thermodynamics, Ideal Gas Law, Energy Conservation Method Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Gas, Cylinder, Piston Fonte: Testo (PDF) — p.2
Domanda 3 Un certo porzione di gas ideale è chiusa nella camera formata da un pistone a un cilindro verticale. Inizialmente, la posizione del pistone è mantenuta fissa attraverso un pino in modo che la La pressione iniziale del gas è atm e il suo volume è litri. La pressione esterna del pistone atm è dato dalla somma della pressione atmosferica e della pressione esercitata da una massa che è sostenuta nel suo superficie esterna. Le pareti del cilindro sono diatermico e l’insieme è parzialmente immerso in Un miscela di acqua e ghiaccio in equilibrio tra loro e con l’atmosfera (tutti i sottosistemi sono in temperatura ). A un certo punto, il pino viene rimosso e si aspetta che il sistema raggiunga un nuovo stato di equilibrio. Che massa di ghiaccio si fonde in questo processo?
Topic: Thermodynamics Metodi: First Law of Thermodynamics, Ideal Gas Law, Energy Conservation Method Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Gas, Cylinder, Piston Fonte: Testo (PDF) — p.2
Question 3 A certain portion of the ideal gas is enclosed in the chamber formed by a piston coupled to the a vertical cylinder. Initially, the piston position is held fixed by a pin so that the piston is The gas’s initial pressure is atm and its volume is litres. The external pressure of the piston atm is given by the sum of the atmospheric pressure and the pressure exerted by a mass that is supported on its the external surface. The cylinder walls are diathermic and the assembly is partially immersed in The first is that the water and ice mix are in balance with each other and with the atmosphere (all subsystems are in the same The temperature of the test chemical is . At some point, the pine is removed and the system is expected to reach a new the state of balance. What mass of ice does this process melt?
Topic: Thermodynamics Metodi: First Law of Thermodynamics, Ideal Gas Law, Energy Conservation Method Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Gas, Cylinder, Piston Fonte: Testo (PDF) — p.2
Questão 4 – O paramagnetismo de materiais pode ser explicado pelo comportamento do alinhamento ou não dos momentos de dipolo magnético de seus átomos. Simplificadamente, em uma convenção na qual o eixo cartesiano aponta para cima, a componente do momento de dipolo magnético pode assumir apenas os valores (para cima) ou (para baixo), onde é a intensidade do momento de dipolo magnético de cada átomo. Na ausência de campo magnético externo, os momentos de dipolo magnético dos átomos estão orientados ao acaso, de forma que a magnetização do sistema, dada pela soma dos momentos de dipolo magnéticos, é nula. Na presença de um campo magnético apontando na direção , é diferente de zero, pois os dipolos magnéticos tendem a se alinhar com o campo externo. Entretanto, o alinhamento não é total, pois além da interação com o campo, há interações térmicas que favorecem o desordenamento. Em materiais paramagnéticos, a intensidade do campo externo e a temperatura determinam a probabilidade de alinhamento de um dipolo magnético com o campo. Considere uma determinada situação na qual a probabilidade de um dipolo magnético se orientar na direção do campo é . Qual a probabilidade de um grupo de 6 átomos apresentar a magnetização ?
Topic: Magnetism, Thermodynamics Metodi: Statistical Averaging, Physical Modeling Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Atom, Magnetic Dipole Fonte: Testo (PDF) — p.2
Questione 4 La paramagnetismo dei materiali può essere spiegata dal comportamento dell’allineamento o non dei momenti di dipolo magnetico dei loro atomi. In altre parole, in una convenzione in cui il L’asse cartesiano punta verso l’alto, il componente del momento di dipolo magnetico può assumere solo i valori (alto) o (basso), dove è l’intensità del momento di dipolo magnetico di ogni atomo. In assenza di campo magnetico esterno, i momenti di dipolo magnetico Le dimensioni dei sistemi di magnetizzazione sono orientate al caso in modo che la magnetizzazione del sistema, data dalla somma dei sistemi di magnetizzazione, sia indicata come Momenti di dipolo magnetici, è nulla. In presenza di un campo magnetico che punta in direzione , E’ diverso da zero, perché i dipoli magnetici tendono ad allinearsi con il campo esterno. Nel frattempo, il L’allineamento non è totale, poiché oltre all’interazione con il campo, ci sono interazioni termiche che favoriscono la
- Non sono un problema. In materiali paramagnetistici, l’intensità del campo esterno e la temperatura determinano la probabilità di allineamento di un dipolo magnetico con il campo. Considerate una una situazione in cui la probabilità che un dipolo magnetico si orienti in direzione del campo è . Qual è la probabilità che un gruppo di 6 atomi abbia la magnetizzazione ?
Topic: Magnetism, Thermodynamics Metodi: Statistical Averaging, Physical Modeling Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Atom, Magnetic Dipole Fonte: Testo (PDF) — p.2
Question 4 The paramagnetism of materials can be explained by the alignment behaviour or Not the moments of magnetic dipole of your atoms. In simple terms, in a convention in which the eixo cartesiano aponta para cima, a componente do momento de dipolo magnético pode assumir only the values (upwards) or (downwards) where is the dipole moment intensity magnetic of each atom. In the absence of an external magnetic field, the magnetic dipole moments The atoms are randomly oriented so that the magnetization of the system, given by the sum of the magnetic dipole moments, it is zero. In the presence of a magnetic field pointing in the direction , It’s different from zero because the magnetic dipoles tend to align with the outer field. In the meantime, the The alignment is not complete, as in addition to the interaction with the field, thermal interactions are also present that favour the It’s a mess. In paramagnetic materials, the external field intensity and the temperature determine the probability of alignment of a magnetic dipole with the field. Consider one a given situation in which the probability of a magnetic dipole orienting in the direction of the field is . What is the probability that a group of 6 atoms will have the magnetization ?
Topic: Magnetism, Thermodynamics Metodi: Statistical Averaging, Physical Modeling Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Atom, Magnetic Dipole Fonte: Testo (PDF) — p.2
Questão 5 – Um recipiente contendo água possui uma pequena abertura de área de seção transversal localizada a uma profundidade e que está inicialmente bloqueada por um tampão T, conforme figura abaixo. Movendo-se e segurando-se o tampão a uma pequena distância para a direita, a água esguicha pela abertura, atinge o tampão, colide inelasticamente e escorre verticalmente para baixo. Determine (a) a velocidade com que a água sai pela abertura e (b) a força exercida pela água no tampão em termos de , , e densidade da água. Ao expressar seus resultados, além das grandezas dadas, use para aceleração da gravidade e para a densidade da água.
Topic: Fluid Mechanics Metodi: Bernoulli’s Equation, Conservation of Momentum, Continuity Equation Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Container Fonte: Testo (PDF) — p.2
Domanda 5 Un recipiente contenente acqua ha una piccola apertura di area di sezione trasversale situato a una profondità e che è inizialmente bloccato da un tampone T, come riportato in figura
- Sotto. Movendo e tenendo il tampone a una piccola distanza a destra, l’acqua si spinge attraverso l’apertura, colpisce il tampone, collide inelasticamente e scorre verticalmente verso il basso. Determina (a) a velocità con cui l’acqua esce dall’apertura e (b) la forza esercitata dall’acqua nel tampone in termini di , , e densità dell’acqua. Quando si esprimono i risultati, oltre alle dimensioni data, utilizzare per accelerare la gravità e per la densità dell’acqua.
Topic: Fluid Mechanics Metodi: Bernoulli’s Equation, Conservation of Momentum, Continuity Equation Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Container Fonte: Testo (PDF) — p.2
Question 5 A water container has a small cross section area opening located at a depth and initially blocked by a T-tube as shown in Figure Down there. Movendo-se e segurando-se o tampão a uma pequena distância para a direita, a água esguicha through the opening, hits the buffer, collides inelastically and slides vertically down. Determine (a) the the speed at which water exits the opening and (b) the force exerted by the water in the buffer in terms of , , and water density. When expressing your results, in addition to the given quantities, use to accelerate the gravity and for water density.
Topic: Fluid Mechanics Metodi: Bernoulli’s Equation, Conservation of Momentum, Continuity Equation Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning Objects: Container Fonte: Testo (PDF) — p.2
Questão 6 – No circuito ilustrado abaixo, os capacitores 1 e 2 possuem, respectivamente, capacitâncias e e fontes de tensão iguais a V (note que tem polarização invertida). Inicialmente fecham-se apenas as chaves S1 e S3 e espera-se um tempo suficientemente longo para que o sistema atinja o equilíbrio. Depois, em determinado instante, trocam-se simultaneamente as posições das chaves: S1 e S3 são abertas e S2 e S4 são fechadas. Esboce em um mesmo gráfico as diferenças de potencial e em função do tempo para o caso do elemento X ser (a) um resistor de e (b) um indutor de H.
Topic: Circuits, Electromagnetic Induction Metodi: Kirchhoff’s Laws, Differential Equations, Energy Conservation Method Competenze: Mathematical Modeling, Diagrammatic Reasoning Objects: Capacitor, Resistor, Inductor, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.3
In questo caso, la capacità di un’unità di accensione è di circa un milione di unità. e e fonti di tensione uguali a V (nota che ha la polarizzazione inversa). Inizialmente si chiudono solo le chiavi S1 e S3 e si aspetta un tempo sufficiente per il sistema raggiunge l’equilibrio. In seguito, in un certo istante, si scambiano simultaneamente le posizioni delle chiavi: S1 e S3 sono aperte e S2 e S4 sono chiuse. Sbocciate sulla stessa scheda le differenze di potenziale e in funzione del tempo per il caso in cui l’elemento X sia (a) un resistore di e (b) un induttore di H.
Topic: Circuits, Electromagnetic Induction Metodi: Kirchhoff’s Laws, Differential Equations, Energy Conservation Method Competenze: Mathematical Modeling, Diagrammatic Reasoning Objects: Capacitor, Resistor, Inductor, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.3
Question 6 In the circuit illustrated below, capacitors 1 and 2 have capacities respectively and and voltage sources equal to V (note that has reverse polarization). Initially only the S1 and S3 keys are closed and it is expected that the The system is in balance. The Commission has therefore decided to take the necessary measures to ensure that the S1 and S3 are opened and S2 and S4 are closed. Draw on the same chart the potential differences and depending on the time for the case of element X being a resistor and (b) an inducer of H.
Topic: Circuits, Electromagnetic Induction Metodi: Kirchhoff’s Laws, Differential Equations, Energy Conservation Method Competenze: Mathematical Modeling, Diagrammatic Reasoning Objects: Capacitor, Resistor, Inductor, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.3
Questão 7 – A reação nuclear que ocorre em bombas de hidrogênio e nas estrelas envolve a fusão de um dêuteron com um trítio que formam uma partícula alfa e um nêutron. Uma das dificuldades técnicas para o uso desta reação como fonte de energia para produção de energia elétrica vem do fato que, após a reação, a maior parte da energia fica com o nêutron que, por ser eletricamente neutro, não pode ser facilmente direcionado. Usando os princípios da conservação de energia e momento, estime a razão entre as energias cinéticas do nêutron e da partícula alfa produzidas após a reação.
Topic: Nuclear & Particle Physics, Conservation of Momentum Metodi: Conservation of Energy, Conservation of Momentum, Mass-Energy Equivalence Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Nucleus Fonte: Testo (PDF) — p.3
Domanda 7 La reazione nucleare che si verifica nelle bombe di idrogeno e nelle stelle comporta la fusione di un nucleo diuteriano con un trizio che forma una particella alfa e un neutrone. Una delle difficoltà tecniche per L’uso di questa reazione come fonte di energia per la produzione di energia elettrica deriva dal fatto che, dopo la La maggior parte dell’energia viene conservata dal neutrone, che, essendo elettricamente neutro, non può essere facilmente indirizzata. Usando i principi di conservazione dell’energia e del tempo, stima il rapporto tra le energie cinetiche del neutrone e della particella alfa prodotte dopo la reazione.
Topic: Nuclear & Particle Physics, Conservation of Momentum Metodi: Conservation of Energy, Conservation of Momentum, Mass-Energy Equivalence Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Nucleus Fonte: Testo (PDF) — p.3
Question 7 The nuclear reaction that occurs in hydrogen bombs and stars involves the fusion of a Deuteronomy with a tritium that forms an alpha particle and a neutron. One of the technical difficulties for The use of this reaction as an energy source for electrical energy production comes from the fact that after the In the reaction, most of the energy is left with the neutron, which, because it’s electrically neutral, can’t be easily directed. Using the principles of energy and momentum conservation, estimate the ratio between the kinetic energies of the neutron and the alpha particle produced after the reaction.
Topic: Nuclear & Particle Physics, Conservation of Momentum Metodi: Conservation of Energy, Conservation of Momentum, Mass-Energy Equivalence Competenze: Physical Reasoning, Mathematical Modeling Objects: Nucleus Fonte: Testo (PDF) — p.3
Questão 8 – Uma fita metálica longa de largura desloca-se com velocidade na direção de seu comprimento em uma região de campo magnético uniforme perpendicular a seu plano, conforme ilustrado na figura abaixo (assuma que o sentido do campo é saindo do papel). Os pontos A e B indicam escovas condutoras que tocam a fita, estabelecendo contato elétrico com o circuito. Este possui um resistor de resistência , uma chave S que se encontra inicialmente aberta e sua linha tracejada indica uma parte que passa por baixo da fita. Supondo que todos os condutores são ideais, explique o que ocorre quando a chave S é fechada.
Topic: Electromagnetic Induction, Circuits Metodi: Faraday’s Law of Induction, Lenz’s Law, Kirchhoff’s Laws Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: Resistor, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.3
Domanda 8 Una cinta metallica lunga si muove a velocità in direzione del suo lunghezza in una regione di campo magnetico uniforme perpendicolare al suo piano, secondo Il campo è stato illustrato nella figura seguente (assume che il senso del campo sia fuori dal foglio). I punti A e B indicano: spazzole conduttrici che toccano la cinta, mettendo in contatto elettrico con il circuito. Questo ha un resistore di resistenza , una chiave S che è inizialmente aperta e la sua linea tracciata indica una parte che passa sotto la cinta. Supponendo che tutti i conducenti siano ideali, spiegate cosa succede quando la chiave S è chiusa.
Topic: Electromagnetic Induction, Circuits Metodi: Faraday’s Law of Induction, Lenz’s Law, Kirchhoff’s Laws Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: Resistor, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.3
Question 8 A metallic tape of width moves at speed in the direction of its length in a magnetic field region perpendicular to its plane, as The field is taken out of the paper. Points A and B indicate conductive brushes touching the tape, establishing electrical contact with the circuit. This one has a resistance , an S key initially open and its traced line indicates a part that goes under the tape. Assuming all drivers are ideal, explain what happens when the S key is closed.
Topic: Electromagnetic Induction, Circuits Metodi: Faraday’s Law of Induction, Lenz’s Law, Kirchhoff’s Laws Competenze: Diagrammatic Reasoning, Physical Reasoning Objects: Resistor, Switch Fonte: Testo (PDF) — p.3