ACAFE 2025 (Inverno) — questão 32 de Física
Enunciado em texto
Durante uma aula experimental, os alunos analisam um sistema inspirado na famosa experiência de Joule, tal experiência demonstrou que o trabalho mecânico pode se transformar em calor, estabelecendo a equivalência entre energia mecânica e energia térmica. Ao usar pás agitadas por massas em queda para aquecer água, Joule provou que o calor é uma forma de energia — e não uma substância, como se pensava antes, conforme ilustração abaixo.
[Figura: gravura do aparelho de Joule. Ao centro, um recipiente A com água e pás internas presas a um eixo vertical; no alto do eixo, um cilindro (c) com manivela (h). Duas cordas (t e t’) saem do cilindro, passam por duas roldanas (d e d’), uma de cada lado, e descem até dois pesos (w e w’), cada um ao lado de uma régua graduada (r e r’) que mede a altura de queda. Legenda: “Imagem ilustrativa da experiência de Joule”.]
Na aula, uma massa de 5,0 kg é presa a uma corda ideal que passa por roldanas fixas e sem atrito. A extremidade da corda está conectada a um eixo com pás mergulhadas em 800 g de água. Quando a massa é abandonada de uma altura de 3,0 m, ela aciona o sistema de pás, que agitam a água e provocam um aumento de temperatura. Ao atingir o solo, a massa possui uma velocidade de 4,0 m/s. Ao final do processo, sabe-se que 40% da energia mecânica inicial foi convertida em calor transferido para a água.
Com base nesses dados, assinale a alternativa que apresenta os valores aproximados da variação de temperatura da água e da porcentagem de energia mecânica dissipada em outras formas que não o calor absorvido pela água.
A) A variação de temperatura da água é de 0,29°C e a energia dissipada em outras formas é de 20%.
B) A variação de temperatura da água é de 0,02°C e a energia dissipada em outras formas é de 33%.
C) A variação de temperatura da água é de 0,18°C e a energia dissipada em outras formas é de 40%.
D) A variação de temperatura da água é de 0,02°C e a energia dissipada em outras formas é de 40%.
(Enunciado e figura: Vestibular de Medicina ACAFE — Inverno 2025, Física — ACAFE.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Associação Catarinense das Fundações Educacionais (ACAFE).
Resolução comentada
O que a questão pede: quanto a água esquenta e que porcentagem da energia inicial se perdeu em formas que não são o calor na água nem a energia cinética que sobrou na massa.
Passo 1 — a energia mecânica inicial. A massa parte do repouso a 3,0 m do solo:
Passo 2 — o destino da energia. Ela se divide em três partes:
• calor para a água: ;
• energia cinética que a massa ainda tem ao chegar ao solo: ;
• o resto, dissipado em outras formas (som, aquecimento do eixo, das pás e do recipiente etc.):
Passo 3 — o aquecimento da água. Com c = 1 cal/(g·°C) e 1 cal = 4,2 J, o calor de 60 J em calorias é
Por que não as outras: (A) e (C) têm aumentos de temperatura grandes demais para só 60 J em 800 g de água; (D) acerta o ΔT, mas põe 40% nas “outras formas”, confundindo com os 40% que foram para a água.
⚠️ A armadilha: esquecer que a massa chega ao solo com velocidade, ou seja, que 40 J continuam como energia cinética e não foram dissipados. Quem faz 100% − 40% = 60% não encontra alternativa; quem copia os 40% do enunciado cai na (D).
A ideia em uma frase: energia inicial = calor na água + energia cinética final + outras perdas; o ΔT vem de Q = mcΔT com o calor convertido em calorias.
Resposta: alternativa B (cerca de 0,02 °C e 33%).
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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