UEM 2018 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 16 de Física

Gabarito 12Ondas — velocidade de pulso em fio tracionado: dependência da tração e da densidade linearVestibular de Inverno · Conhecimentos Específicos de Física (somatória)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 16 de Física do UEM 2018 (Inverno, Conhecimentos Específicos)

Enunciado em texto

Um fio de nylon, cuja extremidade esquerda está fixa em um suporte, passa por uma roldana de massa desprezível à direita e está amarrado a um bloco de massa MM que está pendurado, proporcionando uma tensão no fio. A parte horizontal do fio, entre a extremidade fixa e o ponto em que toca a roldana, tem comprimento ll e massa mm, com m≪Mm \ll M. Nesse experimento, em que as variáveis são representadas pelo conjunto A={M,l,m}A = \{M, l, m\}, um pulso ondulatório se propaga na parte horizontal do fio com velocidade, em módulo, igual a vv. Se o experimento for realizado com novas variáveis, representadas pelo conjunto A′={M′,l′,m′}A' = \{M', l', m'\}, o módulo da velocidade do pulso passa a ser igual a v′v'. Sobre esse sistema, assinale o que for correto.

(01) Se A′={M,l,2m}A' = \{M, l, 2m\}, v′=v/2v' = v/2.

(02) Se A′={9M,l,m}A' = \{9M, l, m\}, v′=33 vv' = 3\sqrt{3}\,v.

(04) Se A′={9M,l,2m}A' = \{9M, l, 2m\}, v′=(32/2) vv' = (3\sqrt{2}/2)\,v.

(08) Se A′={9M,l,9m}A' = \{9M, l, 9m\}, v′=vv' = v.

(16) Se A′={M,2l,m}A' = \{M, 2l, m\}, v′=vv' = v.

(Enunciado: Vestibular UEM 2018 (Inverno), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).

Resolução comentada

O que a questão pede: ver como a velocidade do pulso muda com a massa pendurada, o comprimento e a massa do fio.

Passo 1 — a fórmula de Taylor. A tração é o peso do bloco, F=MgF = Mg, e a densidade linear é μ=m/l\mu = m/l:

v=Fμ=Mg lmv = \sqrt{\frac{F}{\mu}} = \sqrt{\frac{M g\,l}{m}}

Logo vv é proporcional a M l/m\sqrt{M\,l/m}.

(01) Falsa. Dobrar mm divide vv por 2\sqrt{2}: v′=v/2≈0,71 vv' = v/\sqrt{2} \approx 0{,}71\,v, não v/2v/2.

(02) Falsa. 9M9M multiplica vv por 9=3\sqrt{9} = 3: v′=3vv' = 3v.

(04) Verdadeira.

v′=92 v=32 vv' = \sqrt{\frac{9}{2}}\,v = \frac{3}{\sqrt{2}}\,v

v′=322 vv' = \frac{3\sqrt{2}}{2}\,v

(08) Verdadeira. 9/9=1\sqrt{9/9} = 1: v′=vv' = v.

(16) Falsa. Com a mesma massa num fio duas vezes mais comprido, μ\mu cai à metade: v′=2 vv' = \sqrt{2}\,v.

⚠️ A armadilha: esquecer a raiz quadrada (e achar que dobrar mm divide vv por 2, como na (01)), ou esquecer que μ\mu é massa por comprimento (e achar que mudar ll não altera nada, como na (16)).

A ideia em uma frase: v = √(F/μ): a velocidade cresce com a raiz da tração e cai com a raiz da densidade linear.

Resposta: soma 12 (04 + 08).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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