Questões de Física do ano 2023

Considere a descrição abaixo do experimento do barco do Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, cientista russo que viveu entre 1857 e 1935 considerado um dos fundadores da cosmonáutica:

“Uma pessoa se encontra sem remos em um barco longe da costa. Ele quer chegar a esta costa. Ele percebe que o barco está carregado com uma certa quantidade de pedras e tem a ideia de atirar, uma a uma e o mais rápido possível, essas pedras na direção oposta à margem.” 

Considerando um barco com 10 pedras de 10kg, o barco tem 50kg e a pessoa 60kg. O marinheiro, que se mantém parado em relação ao barco, deseja que o barco se desloque de 2 m/s, ao parar pelo atrito com a água uma nova pedra é arremessada e assim por diante (despreze os efeitos do atrito durante o impulso).

Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, os valores corretos para a velocidade necessária de lançamento da pedra no primeiro e no n-ésimo lançamento.

A energia presente no processo de expansão de um gás é dada pelo trabalho na sua definição termodinâmica W = p·?V.
Um caminho que aproxima a estimativa de Fermi para a energia liberada na explosão da primeira bomba nuclear, teste Trinity de 1945, durante a passagem da onda de choque por ele que acompanhava o teste, consiste em se notar que os papeizinhos que foram arrastados pela onda de choque servem como estimativa da espessura de 2,5m da casca esférica de ar comprimido que compõe a onda de choque com volume ?V. O centro da onda está no local onde explodiu a bomba a 10 milhas (16 km) de Fermi.
A pressão de uma onda de compressão pode ser modelada por:
p = w·v_som·d_ar·?_Spapel ? 1100 N/m²

Onde foram substituídos os valores w = 1s^-1 (ondas de choque), d_ar = 1,3 kg/m³ , v_som= 340 m/s. e ?S_papel = 2,5m, vindo do deslocamento dos papeizinhos arrastados pela passagem da onda de choque.
Considere ? = 3. Assinale a alternativa que indica a ordem de grandeza da estimativa em joules da energia carregada pela onda de choque utilizando esse raciocínio. 

Considere a citação de Enrico Fermi sobre o teste Trinity (1º Teste Nuclear):
“Cerca de 40 segundos depois da explosão, a onda de choque chegou a mim. Eu tentei estimar sua intensidade derrubando pedaços de papel a cerca de 183 cm (6 pés) durante e depois da passagem da onda de choque. Como naquele dia não havia vento, eu pude observar a grande distinção e medir o deslocamento dos pedaços de papel que estavam caindo enquanto a onda estava passando. O deslocamento foi de cerca de 2,5 metros, o que naquele tempo eu estimei corresponder à explosão que seria produzida por 10 mil toneladas de TNT.”
Fonte:https://fermatslibrary.com/s/my-observations-during-the- explosion-at-trinity, tradução livre.

A estimativa desenvolvida por Fermi partiu do raciocínio sobre ondas de choque e a energia carregada por elas. Entretanto, considere um modelo simples em que uma bola de papel esteve submetida ao impulso apenas na direção horizontal vindo da onda de choque (lançamento horizontal).
Despreze efeitos de resistência do ar (por serem muito menores que o impulso recebido e que o fenômeno foi curto o suficiente para não envolver a velocidade limite). Considere que a bola de papel foi abandonada de uma altura de 1,8m e que chegue ao chão 2,4m à frente. Considere g = 10m/s² .
Assinale a alternativa que apresenta respectivamente as estimativas adequadas do tempo de queda e da velocidade média desenvolvida pela bolinha de papel ao longo do deslocamento.

Considere a definição dada por Matos e Massoni em seu trabalho, “Uma estratégia para introduzir conceitos de física no Ensino Fundamental: o uso dos paradigmas kuhnianos”, para a relação entre a evolução das teorias científicas e sua relação com a manutenção e a quebra de paradigmas.
São paradigmas que serviram de base para a comunidade científica durante longos períodos de ciência normal. Durante esses períodos, o paradigma pode apresentar dificuldades em explicar alguns fatos, fenômenos ou propriedades consideradas relevantes e caso essas anomalias se tornem resistentes podem levar o paradigma à crise, podendo resultar na substituição por outro paradigma. Essa ruptura é caracterizada por Kuhn como uma revolução científica.
Fonte: Jênifer A. de Matos, Neusa T. Massoni. Revista Thema v.16 n.2 (2019).
No estudo, com estudantes de ensino médio, se realizou um debate entre dois grupos defendendo teorias distintas e um terceiro grupo representando um júri. Assim, no ambiente didático se estabelece um embate em torno da compreensão de um fenômeno e a formação de um consenso sobre sua explicação. Uma analogia, portanto, com a disputa que ocorre nos círculos científicos: “cientistas que disputam ~ grupos divergentes”, “comunidade científica como um todo ~ juri”. 
Do relato da atividade didática são extraídos (e adaptados) os seguintes excertos numerados:

I. “(...) há muitos materiais instrucionais e livros didáticos que mostram que a ciência é feita por gênios que descobrem fenômenos ao acaso.” II. “(...) as leis são obtidas a partir de observações na medida em que há um método científico seguro que lhes garante a verdade.” III. “Os defensores de Aristóteles argumentaram que o senso comum explica os movimentos, como o de queda dos corpos, com pensamentos aristotélicos.” IV. “Os jurados tiveram um momento para debater e decidir o vencedor. No fim, escolheram a defesa galileana como a vencedora, uma vez que argumentaram melhor e trouxeram materiais extras.”

Conforme a definição dada no texto para o pensamento de Kuhn para o estabelecimento das revoluções científicas em termos dessa analogia “sala ~ comunidade científica”, estabeleça a comparação entre as afirmações trazidas como sendo:
RC - contribuidoras para o processo de ocorrência de revoluções científicas; NR - não contribuidoras para o processo ocorrência de revoluções científicas;

Assinale a alternativa que realiza essa comparação corretamente.

A vitória da Argentina contra a França na Copa do Mundo no Catar foi definida na disputa de pênaltis. Entre as cobranças, o goleiro argentino Emiliano Martínez defendeu em seu peito o chute de Kingsley Coman. O comportamento da velocidade da bola numa cobrança desse tipo, desde o início do chute até instantes após a defesa, podem ser modeladas aproximadamente pelo gráfico a seguir.

A bola oficial dessa copa, denominada Al Rihla, ou “A Jornada” em tradução livre, tem massa estabelecida entre 410 e 450 g, circunferência de 68 a 70 cm e suas cores e desenhos remetem a elementos da bandeira e da cultura do Catar.
Considere que bola tem massa 450g e que reproduziu o comportamento do gráfico. Assinale a alternativa que contém os valores mais próximos:

I. Da força média aplicada sobre a bola durante o chute. II. Da distância percorrida pela bola até a defesa do goleiro. III. Do impulso exercido pelo goleiro sobre a bola na defesa do pênalti.