ENEM 2011 — questão 47 de Física
Enunciado em texto
Partículas suspensas em um fluido apresentam contínua movimentação aleatória, chamado movimento browniano, causado pelos choques das partículas que compõem o fluido. A ideia de um inventor era construir uma série de palhetas, montadas sobre um eixo, que seriam postas em movimento pela agitação das partículas ao seu redor. Como o movimento ocorreria igualmente em ambos os sentidos de rotação, o cientista concebeu um segundo elemento, um dente de engrenagem assimétrico. Assim, em escala muito pequena, este tipo de motor poderia executar trabalho, por exemplo, puxando um pequeno peso para cima. O esquema, que já foi testado, é mostrado a seguir.
[Esquema: um eixo horizontal. Na ponta da direita, as “Palhetas” (duas placas cruzadas). No meio, um carretel preso ao eixo, com um fio enrolado de onde pende o “Peso”. Na ponta da esquerda, a “Engrenagem”, com dentes inclinados (assimétricos), e uma lingueta encostada nos dentes, que funciona como trava.]
Inovação Tecnológica. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 22 jul. 2010 (adaptado).
A explicação para a necessidade do uso da engrenagem com trava é:
a) O travamento do motor, para que ele não se solte aleatoriamente.
b) A seleção da velocidade, controlada pela pressão nos dentes da engrenagem.
c) O controle do sentido da velocidade tangencial, permitindo, inclusive, uma fácil leitura do seu valor.
d) A determinação do movimento, devido ao caráter aleatório, cuja tendência é o equilíbrio.
e) A escolha do ângulo a ser girado, sendo possível, inclusive, medi-lo pelo número de dentes da engrenagem.
(Enunciado e figura: ENEM 2011, aplicação regular, Caderno 2 – Amarelo — INEP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O que a questão pede: para que serve a engrenagem com trava nesse “motor” movido pela agitação das partículas.
Passo 1 — o problema sem a trava. Os choques das partículas nas palhetas são aleatórios: empurram ora num sentido, ora no outro, com a mesma chance. Em média, um empurrão anula o outro. O eixo só tremeria para lá e para cá, sem girar de fato, e o peso não subiria. A tendência de um movimento aleatório é esse equilíbrio: resultado médio nulo.
Passo 2 — o que a trava faz. Os dentes assimétricos e a lingueta formam uma catraca: deixam o eixo girar num sentido e bloqueiam o outro. Assim, os empurrões “bons” fazem o eixo avançar e os “ruins” são barrados. O movimento passa a ter um sentido determinado, e o eixo pode enrolar o fio e levantar o peso.
É o que diz a (D): a trava determina o movimento, que, por ser aleatório, tenderia ao equilíbrio.
Por que não as outras: (A) a trava não serve para segurar o motor no lugar. (B) ela não escolhe a velocidade. (C) ela de fato fixa um sentido de giro, mas não tem nada a ver com “leitura do valor” da velocidade. (E) não se escolhe ângulo nenhum; contar dentes não é a finalidade.
Para ir além: o físico Richard Feynman analisou essa catraca e mostrou que, se ela estiver na mesma temperatura do fluido, a própria lingueta também é sacudida pela agitação térmica e às vezes deixa o dente voltar; no fim, não há trabalho líquido. Tirar trabalho de um meio todo na mesma temperatura contrariaria a segunda lei da Termodinâmica. A máquina só funciona se houver alguma diferença (de temperatura, ou outra fonte de energia).
⚠️ A armadilha: a (C), que começa certa (“controle do sentido”) e termina errada. Leia a alternativa até o fim.
A ideia em uma frase: movimento aleatório em média não vai a lugar nenhum; a catraca deixa passar só um sentido e transforma a agitação num giro com direção.
Resposta: alternativa D.
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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