FUVEST 2025 (2ª fase) — questão 1 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: (a) a tração na corda quando o bloco cai com velocidade constante; (b) o trabalho do peso e a variação da energia potencial numa queda de 50 cm; (c) se um termômetro de precisão 0,1 K consegue registrar o aquecimento do líquido.

Item (a) — velocidade constante é equilíbrio. Se a velocidade não muda, a aceleração é zero e, pela primeira lei de Newton, a força resultante no bloco é nula. Só duas forças atuam nele: o peso (para baixo) e a tração (para cima). Então elas têm o mesmo módulo:

$$T = mg = 5 \times 10$$

$$T = 50\ \text{N}$$

Item (b) — trabalho do peso. O peso e o deslocamento apontam ambos para baixo, então o trabalho é positivo e vale força vezes deslocamento, com $h = 50$ cm $= 0{,}5$ m:

$$W_P = mgh = 50 \times 0{,}5$$

$$W_P = 25\ \text{J}$$

Item (b) — energia potencial. A energia potencial gravitacional do sistema bloco–Terra é $mgh$ e diminui quando o bloco desce. A variação é sempre o oposto do trabalho do peso:

$$\Delta E_p = 0 - mgh = -W_P$$

$$\Delta E_p = -25\ \text{J}$$

Item (c) — para onde vai a energia. Como o bloco cai com velocidade (praticamente) constante, a energia que o peso fornece não vira energia cinética: ela é toda entregue, pela corda e pelas pás, ao líquido, que é agitado contra a sua própria resistência. O calorímetro é isolado, então esses 70 J viram energia interna do líquido, como se fossem calor recebido:

$$W = Mc\,\Delta T$$

$$70 = 10 \times 2000 \times \Delta T$$

$$\Delta T = \frac{70}{20\,000}$$

$$\Delta T = 3{,}5 \times 10^{-3}\ \text{K}$$

Item (c) — comparando com o termômetro. A variação é de 0,0035 K, cerca de 30 vezes menor que a menor variação que o termômetro registra (0,1 K). Não, a estudante não conseguirá medir essa variação de temperatura. (Para medir algo, ela precisaria de muito mais energia, por exemplo deixando o bloco cair várias vezes, como o próprio Joule fazia.)

⚠️ A armadilha: no item (b), dar a mesma resposta com o mesmo sinal para as duas grandezas. O trabalho do peso é +25 J, mas a energia potencial diminui: $\Delta E_p = -25$ J. No item (c), esquecer que o calor específico está em J/(kg·K) e usar a massa em gramas, o que dá um $\Delta T$ mil vezes menor (o erro não muda a conclusão aqui, mas costuma custar pontos em outras questões).

A ideia em uma frase: o trabalho do peso vira energia interna do líquido; com 70 J em 10 kg de líquido, o aquecimento é de milésimos de kelvin, pequeno demais para um termômetro de 0,1 K.

Resposta: (a) $T = 50$ N; (b) trabalho do peso $= +25$ J e $\Delta E_p = -25$ J; (c) não: $\Delta T = 70/(10 \times 2000) = 3{,}5 \times 10^{-3}$ K, muito menor que a precisão de 0,1 K.