ENEM 2021 — questão 126 de Física

Enunciado em texto
Na montagem de uma cozinha para um restaurante, a escolha do material correto para as panelas é importante, pois a panela que conduz mais calor é capaz de cozinhar os alimentos mais rapidamente e, com isso, há economia de gás. A taxa de condução do calor depende da condutividade k do material, de sua área A, da diferença de temperatura ΔT e da espessura d do material, sendo dada pela relação ΔQ/Δt = k·A·ΔT/d. Em panelas com dois materiais, a taxa de condução é dada por ΔQ/Δt = A·ΔT/(d1/k1 + d2/k2), em que d1 e d2 são as espessuras dos dois materiais, e k1 e k2 são as condutividades de cada material. Os materiais mais comuns no mercado para panelas são o alumínio (k = 20 W/m K), o ferro (k = 8 W/m K) e o aço (k = 5 W/m K) combinado com o cobre (k = 40 W/m K).
Compara-se uma panela de ferro, uma de alumínio e uma composta de 1/2 da espessura em cobre e 1/2 da espessura em aço, todas com a mesma espessura total e com a mesma área de fundo.
A ordem crescente da mais econômica para a menos econômica é
a) cobre-aço, alumínio e ferro.
b) alumínio, cobre-aço e ferro.
c) cobre-aço, ferro e alumínio.
d) alumínio, ferro e cobre-aço.
e) ferro, alumínio e cobre-aço.
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: ordenar três panelas da mais econômica para a menos, sabendo que a mais econômica é a que conduz calor mais rápido.
Passo 1 — o que é igual nas três. O enunciado garante: mesma área de fundo , mesma espessura total , e a mesma diferença de temperatura . Então, na fórmula da panela composta,
tudo o que está em cima é comum. Quem decide é só o denominador — e ele funciona como uma resistência: quanto menor a soma, maior a taxa de condução.
Passo 2 — calcular o denominador de cada panela. Com , , e (todos em W/m·K):
Passo 3 — ordenar. Menor denominador = maior taxa = mais econômica:
O ponto bonito da questão — e é contraintuitivo. O cobre é o melhor condutor da lista (, o dobro do alumínio). Mesmo assim a panela de cobre-aço perde para a de alumínio puro. Por quê? Porque as duas camadas estão em série, e numa associação em série manda o pior dos dois:
É a mesma lógica de resistores em série num circuito: a maior resistência domina a soma. Meia panela de cobre excelente não compensa meia panela de aço ruim.
A armadilha da alternativa (A), "cobre-aço, alumínio e ferro": é a resposta de quem viu no cobre e parou de calcular.
A ideia em uma frase: camadas em série somam resistências térmicas — e a pior camada é quem manda.
Resposta: alternativa B (alumínio, cobre-aço e ferro).
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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