PUC-PR 2023 — questão 26 de Física
Enunciado em texto
Considere as duas situações ilustradas a seguir.
[Figura: dois recipientes iguais com água a 20 °C. No da esquerda, uma esfera escura a 20 °C flutua com uma pequena parte submersa; no da direita, a mesma esfera, agora a 80 °C, flutua do mesmo modo.]
Na primeira situação, uma esfera metálica oca de massa m, cuja temperatura é de 20 °C, flutua em água também a 20 °C, com parte de seu volume submerso. Na segunda situação, a mesma esfera é aquecida até 80 °C e colocada em água a 20 °C, onde também flutua em equilíbrio. Levando em conta os efeitos da dilatação térmica sofrida pela esfera, considere as afirmativas a seguir:
I. Quando comparada à primeira situação, quando a temperatura da esfera é de 80 °C e da água é de 20 °C, o volume submerso da esfera é igual, e o percentual submerso em relação ao volume total é menor.
II. Quando comparada à primeira situação, quando a temperatura da esfera é de 80 °C e da água é de 20 °C, o volume submerso da esfera é maior, e o percentual submerso em relação ao volume total é igual.
III. Na situação em que a temperatura da esfera é de 80 °C e da água é de 20 °C, passa a ocorrer troca de calor entre ambas a uma taxa constante no tempo, até que se obtenha o equilíbrio térmico.
É(são) CORRETA(S) apenas a(s) afirmativa(s)
(A) I.
(B) I e III.
(C) II.
(D) II e III.
(E) III.
(Enunciado e figura: Vestibular PUCPR 2023 (Verão) — PUCPR.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR).
Resolução comentada
O que a questão pede: comparar o volume submerso e a fração submersa da esfera fria e quente, e julgar a taxa de troca de calor.
Afirmação I — verdadeira. Flutuando em equilíbrio, empuxo = peso:
A massa da esfera não muda ao aquecer, e a água continua a 20 °C (mesma densidade). Então o volume submerso é o mesmo. Mas a esfera quente dilatou: seu volume total é maior. A mesma parte submersa dividida por um volume total maior dá um percentual submerso menor.
Afirmação II — falsa. Ela contradiz a I: o volume submerso não aumenta (o peso é o mesmo), e o percentual diminui.
Afirmação III — falsa. O fluxo de calor é proporcional à diferença de temperatura entre os corpos. Conforme a esfera esfria e a água em volta esquenta, essa diferença diminui, e a taxa de troca de calor também diminui. Ela não é constante.
Só a I é correta: alternativa (A).
⚠️ A armadilha: pensar que, por ter crescido, a esfera “afunda mais” (afirmação II). Quem decide o volume submerso é o peso, que não mudou; a dilatação só aumenta a parte que fica para fora.
A ideia em uma frase: flutuando, o volume submerso é m/μ do líquido; se o corpo dilata sem mudar de massa, só a fração submersa diminui.
Resposta: alternativa A (apenas a I).
Vídeo em breve
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