Simulado ENEM de Física 1

Questão 1 Hidrostática Fácil

Na hidratação venosa, o soro desce de uma bolsa pendurada até a veia do paciente por um tubo fino, o equipo. Como o escoamento é muito lento, o efeito da velocidade sobre a pressão é desprezível, e a pressão do soro no tubo passa a depender só da altura: quanto mais baixo o ponto, maior a pressão.

Em um leito, a agulha está no braço do paciente, na altura indicada na figura. Para o soro entrar na veia com a vazão prescrita, sua pressão na agulha deve superar a atmosférica em, no mínimo, 8,0 kPa. Na superfície do soro, dentro da câmara de gotejamento, a pressão é a atmosférica. Considere a densidade do soro igual a 1,0 × 10³ kg/m³ e g = 10 m/s².

Esquema de um leito hospitalar: a bolsa de soro e a câmara de gotejamento ficam presas no alto de um suporte; o tubo desce até a agulha no braço do paciente, que está a 0,90 m do chão.

A que altura mínima do chão deve ficar a superfície do soro na câmara de gotejamento?

Por que está errada

Os 0,80 m foram subtraídos da altura da agulha, como se o soro devesse ficar abaixo dela.
Mas a pressão aumenta para baixo: para o soro chegar à agulha com pressão maior que a atmosférica, a superfície do soro precisa ficar acima da agulha.
Por que está errada

0,80 m é o desnível certo entre a superfície do soro e a agulha.
Mas a pergunta pede a altura em relação ao chão: falta somar os 0,90 m da altura da agulha.
Por que está errada

0,90 m é a altura da própria agulha.
Com o soro nessa altura, não haveria desnível, e a pressão na agulha seria só a atmosférica.
Esse resultado aparece quando se usa 8,0 Pa no lugar de 8 000 Pa: o desnível calculado fica desprezível.
Por que está errada

Com o soro a 1,20 m do chão, o desnível até a agulha seria de só 0,30 m, e o excesso de pressão, ρgh = 1 000 · 10 · 0,30 = 3 000 Pa, ou seja, 3,0 kPa, menor que os 8,0 kPa necessários.
Por que está certa

O excesso de pressão na agulha vale ρgΔh.
Para 8,0 kPa = 8 000 Pa, Δh = 8 000 ÷ (1 000 · 10) = 0,80 m acima da agulha.
Como a agulha está a 0,90 m do chão, o soro deve ficar a 0,90 + 0,80 = 1,70 m.

Questão 2 Termologia Fácil

Em noites frias, é comum ouvir que o cobertor "esquenta". O corpo humano mantém sua temperatura perto de 37 °C graças à energia liberada no metabolismo e, em um ambiente frio, perde calor continuamente para o ar ao redor. Para entender o papel do cobertor, um estudante encheu três garrafas iguais com água e as deixou por 2 horas em um quarto a 15 °C. A garrafa 1 ficou descoberta, e as garrafas 2 e 3 foram enroladas, cada uma, em um cobertor de lã idêntico. A tabela mostra a temperatura da água de cada garrafa no início e no fim do teste.

Tabela com o resultado do teste: a garrafa 1, descoberta, estava a 40 °C no início e a 19 °C após 2 h; a garrafa 2, enrolada no cobertor, passou de 40 °C para 30 °C; a garrafa 3, também enrolada no cobertor, começou e terminou a 15 °C.

Os resultados indicam que o cobertor ajuda a manter uma pessoa aquecida porque ele

Por que está certa

As garrafas 1 e 2 começam a 40 °C e perdem calor para o ar do quarto, que está a 15 °C.
Em 2 horas, a descoberta cai para 19 °C, e a enrolada, só para 30 °C: o cobertor, que é isolante, torna a perda de calor bem mais lenta.
A garrafa 3 continua a 15 °C mesmo enrolada, então o cobertor não fornece calor.
No corpo, o calor vem do metabolismo, e o cobertor só reduz a perda para o ar frio.
Por que está errada

Se o cobertor passasse ao corpo um calor guardado nas fibras, a garrafa 3 esquentaria.
Mas ela continua a 15 °C mesmo enrolada: o cobertor não é fonte de calor.
O calor que mantém o corpo aquecido vem do metabolismo.
Por que está errada

O frio não é algo que entra no corpo.
O que flui é o calor, sempre do mais quente para o mais frio: do corpo para o ar do quarto.
O cobertor não impede essa perda, só a torna mais lenta: a garrafa 2 também esfriou, de 40 °C para 30 °C.
Por que está errada

Se o cobertor gerasse calor, a garrafa 3 esquentaria, mas ela continua a 15 °C.
E a garrafa 2 esfriou bem menos que a 1 sem atrito nenhum: o cobertor isola, não produz energia.
Por que está errada

O ar do quarto, a 15 °C, é mais frio que o corpo, a 37 °C: o calor flui do corpo para o ar, e não o contrário.
Além disso, a lã é má condutora de calor, ou seja, isolante.
A garrafa 2 também perdeu calor para o ar, só que mais devagar que a descoberta.

Questão 3 Energia elétrica Fácil

Na conta de luz, a distribuidora cobra pela energia elétrica consumida, medida em quilowatt-hora (kWh), e não pela potência dos aparelhos. A potência indica a rapidez com que um aparelho transforma energia elétrica em outras formas de energia, como calor e luz. Por isso, um aparelho potente pode pesar pouco na conta se ficar ligado por pouco tempo, e outro, de potência menor, pode pesar muito se ficar ligado por horas.

Em uma noite fria, um morador ligou um aquecedor elétrico portátil de 2 000 W e 220 V e o deixou funcionando sem interrupção por 3 horas. Durante todo esse tempo, o aparelho operou com a sua potência nominal.

Qual gráfico representa a energia elétrica consumida pelo aquecedor, desde o momento em que foi ligado, ao longo dessas 3 horas?

Por que está errada

O gráfico A mostra a energia constante e igual a 2 kWh desde o instante em que o aquecedor é ligado.
Mas 2 kW é a potência, e não a energia.
A energia consumida começa em zero e aumenta enquanto o aparelho funciona: 2 kWh a cada hora.
Por que está errada

O gráfico B faz a energia chegar a só 2 kWh no fim das 3 horas, como se os 2 000 W fossem o consumo de todo o período.
Mas 2 kW é a potência: a cada hora, o aquecedor consome 2 kWh.
Em 3 horas, são 2 kW · 3 h = 6 kWh.
Por que está errada

O gráfico C mostra a energia diminuindo com o uso, como se ela fosse acabando.
Mas a pergunta é sobre a energia consumida desde que o aquecedor foi ligado.
Ela começa em zero e só aumenta enquanto o aparelho funciona, até chegar a 6 kWh em 3 horas.
Por que está errada

O gráfico D chega aos 6 kWh certos no fim, mas por uma curva cada vez mais inclinada.
A inclinação do gráfico da energia em função do tempo é a potência.
Uma curva cada vez mais inclinada indicaria uma potência crescente, e o aquecedor funciona o tempo todo com os mesmos 2 000 W.
Por que está certa

A potência é constante: 2 000 W, ou 2 kW.
A energia consumida é E = P · Δt: começa em zero e cresce na mesma proporção que o tempo.
Isso dá uma reta que parte da origem, com 2, 4 e 6 kWh em 1, 2 e 3 h.
A tensão de 220 V não é necessária para a conta.

Questão 4 Ondas sonoras Média

A orelha humana percebe sons com intensidades desde cerca de 10⁻¹² W/m² até cerca de 1 W/m², quando o som já causa dor: uma faixa de doze potências de dez. Por isso, usa-se o nível sonoro, medido em decibel (dB). O nível de 0 dB corresponde à intensidade de 10⁻¹² W/m², e cada aumento de 10 dB corresponde a uma intensidade dez vezes maior.

Uma pessoa consultou os manuais de cinco aparelhos de sua casa, que trazem dados medidos a 1 m de cada aparelho:

secador de cabelo: intensidade de 5 × 10⁻⁴ W/m²;
aspirador de pó: intensidade 1 000 vezes maior que a de uma geladeira cujo nível, à mesma distância, é de 40 dB;
liquidificador: intensidade de 10⁻³ W/m²;
batedeira: nível de 75 dB;
furadeira: nível de 88 dB.

Dos cinco aparelhos, o que produz o maior nível sonoro a 1 m de distância é

Por que está errada

5 × 10⁻⁴ parece maior que 10⁻³ por causa do 5, mas 5 × 10⁻⁴ = 0,5 × 10⁻³: é a metade da intensidade do liquidificador.
O secador fica com cerca de 87 dB, menos que os 90 dB do liquidificador.
Por que está errada

Multiplicar a intensidade por 1 000 não multiplica o nível por 1 000.
Na escala de decibéis, cada fator 10 na intensidade soma 10 dB; como 1 000 = 10³, somam-se 30 dB.
O aspirador fica com 40 + 30 = 70 dB.
Por que está certa

A intensidade do liquidificador, 10⁻³ W/m², é 10⁹ vezes a de referência (10⁻¹² W/m²).
São nove fatores de 10, ou seja, 9 × 10 = 90 dB: mais que os 88 dB da furadeira e os cerca de 87 dB do secador.
Por que está errada

A batedeira tem 75 dB, menos que a furadeira (88 dB) e que o liquidificador (90 dB).
Por que está errada

88 dB é o maior valor entre os que já vêm em decibéis.
Mas falta converter o liquidificador: 10⁻³ W/m² corresponde a 90 dB.

Questão 5 Cinemática Média

Drones são usados para inspecionar torres de telefonia celular sem que um técnico precise escalá-las. O controlador de voo registra a velocidade vertical do aparelho a cada instante, e esse registro permite reconstituir a altura em que ele esteve ao longo do voo. Em uma inspeção, um drone decolou do solo e subiu verticalmente. Em seguida, inverteu o sentido do movimento, desceu parte do caminho e ficou pairando no ar para fotografar uma antena. O gráfico mostra a velocidade vertical do drone em função do tempo. A velocidade é positiva quando o drone sobe.

Gráfico da velocidade vertical do drone, em m/s, em função do tempo, em segundos, de 0 a 24 s, formado por trechos retos. A velocidade sobe de 0 a 4 m/s entre 0 e 4 s, fica em 4 m/s até 10 s, cai até −4 m/s em 14 s, passando por zero em 12 s, fica em −4 m/s até 18 s, volta a zero em 20 s e continua nula até 24 s.

Qual foi a altura máxima, em metro, atingida pelo drone em relação ao ponto de decolagem?

Por que está errada

12 m é a altura em que o drone fica pairando no fim do voo: a área acima do eixo (36 m) menos a área abaixo dele (24 m).
Mas a pergunta pede a altura máxima, atingida antes da descida, em 12 s.
Por que está errada

32 m é a área até 10 s (8 m + 24 m).
Em 10 s o drone começa a frear, mas continua subindo enquanto a velocidade é positiva, até 12 s.
Falta o triângulo de 10 s a 12 s, que acrescenta 4 m.
Por que está certa

No gráfico da velocidade em função do tempo, a área entre a linha e o eixo dá o deslocamento.
O drone sobe enquanto a velocidade é positiva, então a altura é máxima em 12 s, quando ela se anula.
Até lá, as áreas são 4 · 4 ÷ 2 = 8 m, 6 · 4 = 24 m e 2 · 4 ÷ 2 = 4 m, e a altura máxima é 8 + 24 + 4 = 36 m.
Por que está errada

40 m sai de somar as áreas até 14 s, contando como subida o triângulo de 12 s a 14 s.
Nesse trecho, a velocidade já é negativa, e o drone desce 4 m.
A altura máxima é a de 12 s: 36 m.
Por que está errada

60 m é a soma dos módulos de todas as áreas: 36 m de subida mais 24 m de descida.
Isso é a distância total percorrida, e não a altura máxima, que conta só a subida, até 12 s.

Questão 6 Óptica Média

A lâmpada de fenda, usada em exames oftalmológicos, projeta sobre o olho do paciente a imagem de uma fenda luminosa estreita, o que permite examinar a córnea em detalhe. Para que essa imagem seja nítida, a lente de projeção deve operar nas condições de Gauss. Por isso, junto à lente há um diafragma: um anteparo opaco com abertura circular de diâmetro D, centrada no eixo principal, que barra os raios mais inclinados e mais afastados do eixo. Considere um modelo simplificado, esquematizado na figura, com uma única lente convergente delgada e a fenda no ponto antiprincipal objeto A. Adota-se como critério que nenhum raio vindo do centro da fenda atravesse a abertura formando com o eixo um ângulo θ maior que 3°. Adote tg 3° = 0,05.

Esquema fora de escala de uma lente convergente de distância focal f = 5,0 cm, com um diafragma junto a ela; no eixo principal estão marcados, da esquerda para a direita, o ponto A, o foco F, a lente, o foco F' e o ponto A'. Dois raios de luz saem de A, passam rente às bordas da abertura do diafragma e se encontram em A', e θ é o ângulo entre o raio de cima e o eixo.

Qual é o maior valor de D, em milímetro, que atende a esse critério?

Por que está errada

1,0 é o valor certo do diâmetro, mas em centímetro.
A pergunta pede milímetro, e 1,0 cm = 10 mm.
Por que está errada

2,5 mm sai de dois enganos: usar a distância focal, 5,0 cm, como distância da fenda à lente e dar o raio da abertura no lugar do diâmetro.
Com 5,0 cm, o raio da abertura fica 5,0 · 0,05 = 0,25 cm, ou seja, 2,5 mm.
Mas a fenda está no ponto antiprincipal, a 2f = 10 cm da lente, e D é o dobro do raio.
Por que está errada

5,0 mm aparece de dois jeitos: usar a distância focal, 5,0 cm, no lugar de 2f, ou usar 10 cm mas dar o raio da abertura no lugar do diâmetro.
Com 2f = 10 cm, o raio da abertura é 10 · 0,05 = 0,5 cm, e o diâmetro, o dobro: 1,0 cm, ou seja, 10 mm.
Por que está errada

Com D = 7,5 mm, a borda da abertura fica a 0,375 cm do eixo.
O raio de luz mais inclinado teria tg θ = 0,375 ÷ 10 = 0,0375, menos que 0,05.
Essa abertura atende ao critério, mas não é a maior possível: dá para abrir até 10 mm.
Por que está certa

A fenda está no ponto antiprincipal, a 2f = 10 cm da lente.
O raio de luz mais inclinado sai do centro da fenda e passa rente à borda da abertura, que fica a D/2 do eixo.
Assim, D/2 = 10 · tg 3° = 10 · 0,05 = 0,5 cm, e D = 1,0 cm, ou seja, 10 mm.

Questão 7 Energia Média

Em rodovias de serra, as áreas de escape são rampas em aclive cobertas de cascalho solto, onde um caminhão sem freio pode parar. Nelas, parte da energia cinética do veículo se converte em potencial gravitacional, e parte é dissipada pelo afundamento das rodas no material. Para estudar esse efeito, estudantes lançam um carrinho de 0,20 kg, sempre a 3,0 m/s, em canaletas horizontais preenchidas com diferentes materiais e medem a distância que ele percorre até parar (tabela). Depois, lançam o carrinho, à mesma velocidade, rampa acima, numa canaleta inclinada de cascalho arredondado com 2,0 m de comprimento, cuja extremidade superior fica 30 cm acima da base. Considere constante a força de resistência de cada material, igual nas duas montagens, e g = 10 m/s².

Tabela com a distância que o carrinho percorre até parar em cada canaleta horizontal: brita, 3,0 m; areia, 2,0 m; cascalho arredondado, 1,5 m.

Qual é a distância, medida ao longo da canaleta inclinada, que o carrinho percorre até parar?

Por que está errada

Sem a resistência do cascalho, toda a energia cinética viraria potencial, e o carrinho subiria 0,90 ÷ (0,20 · 10) = 0,45 m.
Isso corresponde a 0,45 ÷ 0,15 = 3,0 m de rampa, mais que os 2,0 m da canaleta.
Mas o cascalho dissipa energia, e esse é justamente o papel da área de escape.
Por que está errada

1,5 m é a distância de parada na canaleta horizontal de cascalho.
Na rampa, a energia cinética não vai só para a resistência: parte vira energia potencial gravitacional, e o carrinho para antes, em 1,0 m.
Por que está errada

Esquecendo a divisão por 2 em E_c = mv² ÷ 2, a energia fica 1,8 J, e a força calculada pela tabela, 1,8 ÷ 1,5 = 1,2 N.
Com esses valores, 1,8 = 0,30 d + 1,2 d dá d = 1,2 m.
Com a energia certa, 0,90 J, a resistência é de 0,60 N, e d = 1,0 m.
Por que está certa

O carrinho chega com E_c = 0,20 · 3,0² ÷ 2 = 0,90 J.
Na canaleta horizontal de cascalho, ele para em 1,5 m, então a resistência vale 0,90 ÷ 1,5 = 0,60 N.
Na rampa, ele sobe 0,15 m a cada metro: 0,90 = 0,20 · 10 · 0,15 d + 0,60 d = 0,90 d.
Logo, d = 1,0 m, dentro dos 2,0 m da canaleta.
Por que está errada

0,50 m sai de supor que o carrinho sobe os 30 cm inteiros: sobram 0,90 − 0,60 = 0,30 J para a resistência, e d = 0,30 ÷ 0,60 = 0,50 m.
Mas, em 0,50 m de rampa, ele subiria só 7,5 cm, e não 30 cm.
A altura subida depende da distância percorrida: 0,15 m a cada metro.

Questão 8 Circuitos elétricos Difícil

As fitas de LED usadas em decoração funcionam ligadas a uma fonte de tensão contínua. Ao longo da fita, duas trilhas de cobre levam a tensão da fonte a vários segmentos idênticos, cada um ligado diretamente entre essas duas trilhas, de modo que cada segmento forma um ramo independente do circuito. Por isso, a fita pode ser cortada nas marcas entre segmentos sem que o restante deixe de acender. Em certo modelo, alimentado com 12 V, cada segmento tem 5 cm de comprimento e contém três LEDs ligados em série com um resistor de 150 Ω. Aceso, cada LED mantém entre seus terminais uma tensão de 3,0 V. Despreze a resistência das trilhas de cobre.

Para alimentar 5 m dessa fita, a fonte deve fornecer, em watt, uma potência de

Por que está errada

0,24 W é a potência de um segmento só: 12 · 0,020 = 0,24 W.
Mas os segmentos são ramos em paralelo: cada um puxa sua própria corrente da fonte, e as correntes se somam.
Por que está errada

Em 5 m há 500 cm, e não 50 cm.
São 100 segmentos de 5 cm, e não 10; com 10 segmentos, o resultado fica dez vezes menor.
Por que está errada

6,0 W é só a potência dos resistores: 3,0 V · 2,0 A.
A fonte fornece também a potência dos LEDs.
Por que está errada

18 W é só a potência dos LEDs: 9,0 V · 2,0 A.
Falta somar a dos resistores (6,0 W).
Por que está certa

Cada segmento fica com os 12 V da fonte.
Os três LEDs ficam com 9,0 V e o resistor com 3,0 V, então i = 3,0 ÷ 150 = 0,020 A em cada segmento.
Em 5 m há 100 segmentos em paralelo: I = 2,0 A e P = 12 · 2,0 = 24 W.

Questão 9 Física moderna Difícil

Na lâmpada incandescente, a luz vem de um filamento aquecido pela corrente elétrica. Para um emissor ideal, o comprimento de onda em que a emissão é máxima é inversamente proporcional à temperatura absoluta, e a potência total irradiada é proporcional à quarta potência dessa temperatura. Para verificar essas relações, estudantes ligaram a uma fonte ajustável uma lâmpada de filamento de tungstênio com janela transparente ao infravermelho. Com um espectrômetro de infravermelho, registraram o espectro em dois ajustes da fonte. No gráfico, cada espectro foi dividido pelo próprio valor máximo. No ajuste 1, a tensão no filamento era de 12 V, e a corrente, de 4,0 A. Considere que o filamento se comporta como emissor ideal, que sua área não varia e que toda a energia elétrica recebida é irradiada.

Gráfico da intensidade relativa, de 0 a 1,2, em função do comprimento de onda λ, de 0 a 8 µm, com duas curvas que sobem até um máximo igual a 1,0 e depois descem mais devagar. A curva contínua, do ajuste 1, tem o máximo em 1,5 µm; a tracejada, do ajuste 2, tem o máximo em 3,0 µm e é mais larga.

Qual era a potência elétrica fornecida ao filamento no ajuste 2?

Por que está errada

1,5 W seria uma potência 32 vezes menor que 48 W.
Como a potência é proporcional a T⁴, a temperatura absoluta teria de cair para cerca de 42% da inicial, e o pico iria para perto de 3,6 µm.
No gráfico, o pico do ajuste 2 está em 3,0 µm: a temperatura caiu à metade, e a potência ficou 16 vezes menor.
Por que está certa

No ajuste 1, a potência é 12 · 4,0 = 48 W.
O pico passa de 1,5 µm para 3,0 µm, e o comprimento de onda do pico é inversamente proporcional à temperatura: a temperatura absoluta cai à metade.
A potência irradiada, proporcional a T⁴, fica 2⁴ = 16 vezes menor: 48 ÷ 16 = 3,0 W.
Como toda a energia recebida é irradiada, essa é a potência elétrica no ajuste 2.
Por que está errada

24 W sai de tratar a potência como proporcional à temperatura: com a temperatura à metade, 48 ÷ 2 = 24 W.
Mas a potência irradiada é proporcional à quarta potência da temperatura e fica 2⁴ = 16 vezes menor: 3,0 W.
Por que está errada

48 W é a potência do ajuste 1 (12 · 4,0).
As curvas têm a mesma altura só porque cada espectro foi dividido pelo próprio máximo, e isso não indica potências iguais.
O pico do ajuste 2 está num comprimento de onda maior: o filamento está mais frio e irradia menos.
Por que está errada

768 W sai de inverter a relação entre o pico e a temperatura.
O pico num comprimento de onda maior indica filamento mais frio, e não mais quente.
Com a temperatura à metade, a potência fica 16 vezes menor, e não 16 vezes maior (48 · 16 = 768).

Questão 10 Movimento circular Muito difícil

Em um carrossel que gira com velocidade constante, todos os cavalinhos completam uma volta no mesmo intervalo de tempo. Quem fica parado do lado de fora vê os cavalinhos passarem por ele em intervalos regulares; quem caminha em volta do brinquedo percebe esses intervalos mudarem.

Um carrossel pequeno tem uma só fileira, com 10 cavalinhos igualmente espaçados, e quem está parado junto à cerca vê passar um cavalinho a cada 2 s. Para fotografar o filho, montado em um desses cavalinhos, uma mãe caminha rente à cerca, sobre uma circunferência de 10 m de diâmetro concêntrica ao carrossel. Ela anda a 3,6 km/h, no sentido contrário ao do giro, e tira uma foto a cada vez que cruza com o filho.

Adote π = 3.

De quanto em quanto tempo a mãe tira uma foto do filho?

Por que está certa

Entre a passagem de um cavalinho e a do seguinte, o carrossel gira 1/10 de volta em 2 s, então dá uma volta em 20 s.
A mãe percorre 3 · 10 = 30 m a 3,6 km/h, que é 1 m/s, e dá uma volta em 30 s.
Em sentidos opostos, a cada segundo eles se aproximam 1/20 + 1/30 = 1/12 de volta, então se cruzam a cada 12 s.
Por que está errada

15 s sai de usar 2πD = 60 m como comprimento da cerca: a volta da mãe levaria 60 s, e 1/20 + 1/60 = 1/15 de volta por segundo.
Mas o comprimento da circunferência é πD = 3 · 10 = 30 m, e a mãe dá uma volta em 30 s.
Por que está errada

20 s é o período do carrossel, o intervalo para quem fica parado junto à cerca.
Mas a mãe anda em sentido contrário ao do giro, ao encontro do filho, e por isso os cruzamentos ficam mais frequentes: um a cada 12 s.
Por que está errada

50 s é a soma dos períodos (20 s + 30 s).
Em sentidos opostos, o que se soma são as frequências: 1/20 + 1/30 = 1/12 de volta por segundo, um cruzamento a cada 12 s.
E 50 s é mais que os 20 s de quem fica parado, mas andar ao encontro do filho só pode deixar os cruzamentos mais frequentes.
Por que está errada

60 s sai de subtrair as frequências: 1/20 − 1/30 = 1/60 de volta por segundo.
Esse seria o intervalo se a mãe andasse no mesmo sentido do giro.
Em sentidos opostos, as frequências se somam, e o intervalo cai para 12 s.

Simulado 1

Você é professor de Física?