PUC Minas 2013 (Física II) — questão 30 de Física
Enunciado em texto
As questões de 28 a 31 referem-se à montagem a seguir, que mostra um gás ideal em equilíbrio em um recipiente cilíndrico. Uma mola de constante elástica k tem uma de suas extremidades presa a um suporte rígido, e a outra extremidade está presa ao êmbolo do recipiente. A massa do êmbolo é desprezível e, na situação descrita, a mola não está comprimida nem alongada.
[Figura: um recipiente cilíndrico vertical, apoiado sobre uma base, fechado por um êmbolo horizontal um pouco abaixo da borda de cima; o gás fica embaixo do êmbolo. Sobre o êmbolo há uma mola vertical, cuja extremidade de cima está presa a um suporte rígido horizontal.]
Dados:
R = 8,31 J/mol.K; moléculas/mol; Oxigênio M = 16g/mol; Nitrogênio M = 14g/mol; 1 atm =
O recipiente é aquecido até que o gás em seu interior exerça uma pressão de 2 atm, fazendo com que a mola sofra uma compressão, deformando-se 0,1 m. Considerando-se que o êmbolo tenha uma área A= , a força exercida sobre a mola é de aproximadamente:
(A) 5 N
(B) 20 N
(C) 100 N
(D) 200 N
(Enunciado e figura: Vestibular PUC Minas 2013 — PUC Minas.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (PUC Minas).
Resolução comentada
O que a questão pede: a força com que o gás, a 2 atm, empurra o êmbolo e, por ele, a mola.
Passo 1 — pressão em N/m². Com 1 atm = 1,0 × 10⁵ N/m²:
Passo 2 — força = pressão × área. O êmbolo tem massa desprezível, então ele só transmite à mola a força que o gás faz sobre ele:
Atenção: a conta esperada é essa, F = pA com a pressão total do gás. Se houver ar a 1 atm sobre o êmbolo (e é isso que deixaria a mola relaxada com o gás a 1 atm, como na questão 29), a força resultante transmitida à mola seria só a do excesso de pressão, (2 − 1) atm × A = 10 N, valor que não está entre as alternativas. A alternativa coerente com a prova é a de 20 N.
⚠️ A armadilha: esquecer de converter atm para N/m² e fazer 2 × 10⁻⁴, um número absurdo; ou multiplicar a pressão pela deformação da mola (0,1 m), o que não tem significado físico. A deformação só entra na próxima questão, para achar k.
A ideia em uma frase: a força de um fluido sobre uma superfície plana é a pressão vezes a área (F = pA), com tudo no SI.
Resposta: alternativa B (20 N).
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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