PUC-Campinas 2012 — questão 27 de Física
Enunciado em texto
A Revolução Industrial nos trouxe o desenvolvimento das máquinas térmicas, como, por exemplo, uma locomotiva a vapor.
Determinada máquina térmica que funciona em ciclos, com frequência de 20 ciclos/s, recebe 800 J de calor de uma fonte quente enquanto rejeita 600 J de calor para uma fonte fria em cada ciclo.
Está correto afirmar que
(A) o período de funcionamento da máquina é de 0,5 s.
(B) o trabalho realizado pela máquina vale 200 J, independentemente do tempo de funcionamento da máquina.
(C) a principal característica de uma máquina térmica é seu alto rendimento.
(D) o rendimento dessa máquina é 75%.
(E) a potência útil da máquina é de 4,0 kW.
(Enunciado: Vestibular PUC-Campinas 2012, Prova Geral — PUC-Campinas.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica de Campinas (PUC-Campinas).
Resolução comentada
O que a questão pede: a afirmação correta sobre a máquina que faz 20 ciclos por segundo, recebendo 800 J e rejeitando 600 J em cada ciclo.
Passo 1 — o trabalho por ciclo. Pela conservação da energia (primeira lei, num ciclo completo), o trabalho é o calor recebido menos o rejeitado:
Passo 2 — a potência útil. São 20 ciclos por segundo:
É a alternativa E.
Por que não as outras: A — o período é o inverso da frequência: s, não 0,5 s. B — 200 J é o trabalho por ciclo; o trabalho total depende de quantos ciclos a máquina faz, isto é, do tempo de funcionamento. C — máquinas térmicas são conhecidas justamente pelo rendimento limitado (a segunda lei impede converter todo o calor em trabalho). D — o rendimento é ; 75% é a fração rejeitada.
⚠️ A armadilha: calcular 600/800 = 75% e marcar D. O rendimento é a fração do calor recebido que vira trabalho, e não a que vai embora para a fonte fria.
A ideia em uma frase: trabalho por ciclo é calor recebido menos calor rejeitado; potência é esse trabalho vezes o número de ciclos por segundo.
Resposta: alternativa E (4,0 kW).
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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