UEL 2017 — questão 11 de Física
Enunciado em texto
Atualmente, os combustíveis mais utilizados para o abastecimento dos carros de passeio, no Brasil, são o etanol e a gasolina. Essa utilização somente é possível porque os motores desses automóveis funcionam em ciclos termodinâmicos, recebendo combustível e convertendo-o em trabalho útil.
Com base nos conhecimentos sobre ciclos termodinâmicos, assinale a alternativa que apresenta corretamente o diagrama da pressão (P) versus volume (V) de um motor a gasolina.
a) [Diagrama P × V: ciclo fechado, percorrido no sentido horário, formado por duas curvas suaves (prolongadas por linhas finas cinzentas, como hipérboles), uma em cima e outra embaixo, ligadas por duas curvas mais inclinadas nas laterais: expansão pela curva de cima, descida pela curva inclinada da direita, compressão pela curva de baixo e subida pela curva inclinada da esquerda.]
b) [Diagrama P × V: uma linha horizontal de baixa pressão, percorrida para a direita (de um volume pequeno até o volume máximo); do volume máximo, uma curva sobe para a esquerda até o volume mínimo (compressão); ali um segmento vertical sobe (pressão aumenta a volume constante); uma curva desce para a direita até o volume máximo (expansão); um segmento vertical desce até a linha horizontal; e a linha horizontal é percorrida de volta, para a esquerda. Linhas cinzentas horizontais ligam o eixo P ao início do segmento vertical da esquerda e à linha de baixa pressão.]
c) [Diagrama P × V: uma linha horizontal de baixa pressão percorrida para a direita e de volta para a esquerda; do volume máximo, uma curva sobe para a esquerda até o volume mínimo (compressão); no alto, um segmento horizontal percorrido para a direita (pressão constante); uma curva desce para a direita até o volume máximo (expansão); e um segmento vertical desce até a linha de baixa pressão. Linhas finas verticais marcam os volumes das extremidades do segmento horizontal de cima.]
d) [Diagrama P × V: ciclo horário formado por duas curvas suaves (prolongadas por linhas finas cinzentas), uma em cima e outra embaixo, ligadas por dois segmentos verticais: sobe na esquerda, expande pela curva de cima, desce na direita, comprime pela curva de baixo.]
e) [Diagrama P × V: o mesmo ciclo da alternativa (a), mas percorrido no sentido anti-horário.]
(Enunciado e figura: Vestibular UEL 2017, 1ª fase — COPS/UEL.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Londrina (UEL) e à sua Coordenadoria de Processos Seletivos (COPS/UEL).
Resolução comentada
O que a questão pede: reconhecer, entre cinco diagramas, o ciclo de um motor a gasolina, o ciclo de Otto.
Passo 1 — os tempos do motor a gasolina. O motor de quatro tempos faz, em cada cilindro:
• admissão: o pistão desce e puxa a mistura ar + combustível, à pressão (quase) atmosférica — linha horizontal, volume aumentando;
• compressão: o pistão sobe e comprime a mistura tão depressa que não há tempo de trocar calor — curva adiabática, pressão subindo;
• centelha (explosão): a vela solta a faísca, a mistura queima quase instantaneamente, com o pistão praticamente parado — segmento vertical (volume constante), pressão sobe muito;
• expansão (tempo motor): os gases quentes empurram o pistão — outra curva adiabática, pressão caindo; é aqui que sai o trabalho útil;
• abertura da válvula de escape: a pressão cai de repente com o volume máximo — segmento vertical para baixo;
• escape: o pistão sobe e expulsa os gases à pressão atmosférica — a mesma linha horizontal, agora percorrida de volta.
Passo 2 — comparar. Linha horizontal de ida e volta, compressão, subida vertical, expansão, descida vertical: é exatamente o desenho da (B).
Por que não as outras:
• (A): duas isotermas ligadas por duas adiabáticas, no sentido horário — é o ciclo de Carnot, o ciclo ideal de rendimento máximo, que nenhum motor real percorre.
• (E): o mesmo ciclo de Carnot, no sentido anti-horário: é o de uma geladeira (o ciclo recebe trabalho), não o de um motor.
• (C): o calor entra a pressão constante (segmento horizontal em cima): é o ciclo Diesel, em que o combustível vai sendo injetado e queimando enquanto o pistão se move.
• (D): dois segmentos verticais ligados por curvas com o mesmo traçado das isotermas da (A) — é o desenho do ciclo de Stirling (duas isotermas e duas isovolumétricas). Ele parece um Otto “enxuto”, mas não tem a admissão e o escape do motor a gasolina, que a (B) mostra.
⚠️ A armadilha: confundir Otto com Diesel. A diferença está em como o calor entra: no Otto, de uma vez, com a faísca (volume constante, segmento vertical); no Diesel, aos poucos, enquanto o pistão desce (pressão constante, segmento horizontal).
A ideia em uma frase: o motor a gasolina segue o ciclo de Otto: compressão e expansão adiabáticas, com a explosão e a abertura do escape a volume constante.
Resposta: alternativa B (ciclo de Otto, com admissão e escape).
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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