UEM 2017 (Verão, Conhecimentos Específicos) — questão 3 de Física

Gabarito 15Calorimetria — calor sensível comparado com energias cinética, potencial e elétricaVestibular de Verão · Conhecimentos Específicos de Física (somatória)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 3 de Física do UEM 2017 (Verão, Conhecimentos Específicos)

Enunciado em texto

Ao se preparar um café, um recipiente usual com 200 g de água é levado ao fogo e, após certo tempo, a temperatura da água passa de 20 °C para 100 °C (sem mudança de estado). Durante o processo, uma quantidade total de calor igual a QQ é transferida para a água. Desconsidere as perdas de calor para o ambiente e a capacidade térmica do recipiente. Use c=4,2 J/g∘Cc = 4{,}2\ \text{J/g}^{\circ}\text{C} para o calor específico da água e g=10 m/s2g = 10\ \text{m/s}^2 para o módulo da aceleração gravitacional. Sobre o calor envolvido nesse processo, assinale o que for correto.

(01) No processo de aquecimento da água, o calor QQ se propaga principalmente por condução e por convecção.

(02) Se QQ fosse convertido em energia cinética de translação de um corpo de 200 g de massa (que parte do repouso), a velocidade desse corpo seria maior que 2510325\sqrt{10^3} m/s.

(04) Para uma lâmpada de 20 W emitir uma energia equivalente a QQ, ela deve ficar acesa por 56 minutos.

(08) Para que a energia potencial gravitacional (em relação ao solo) de um corpo de 200 g seja equivalente a QQ, esse corpo deve estar a uma altura maior que 30 km em relação ao solo.

(16) Se, em vez de usar o fogo, usarmos um aquecedor elétrico de imersão de 200 W para aquecer a água, o processo durará menos de 5 minutos.

(Enunciado: Vestibular UEM 2017 (Verão), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).

Resolução comentada

O que a questão pede: calcular o calor QQ e compará-lo com outras formas de energia.

Passo 1 — o calor sensível:

Q=m c ΔθQ = m\,c\,\Delta\theta

Q=200⋅4,2⋅80Q = 200 \cdot 4{,}2 \cdot 80

Q=67 200 JQ = 67\,200\ \text{J}

(01) Verdadeira. O calor atravessa o fundo do recipiente por condução e se espalha pela água por convecção: a água de baixo esquenta, fica menos densa e sobe, e a fria desce.

(02) Verdadeira. Com m=0,2m = 0{,}2 kg:

12⋅0,2⋅v2=67 200\tfrac{1}{2}\cdot 0{,}2\cdot v^2 = 67\,200

v2=672 000⇒v≈820 m/sv^2 = 672\,000 \Rightarrow v \approx 820\ \text{m/s}

Como 25103≈25⋅31,6≈79125\sqrt{10^3} \approx 25 \cdot 31{,}6 \approx 791 m/s, a velocidade é maior. (Sem calculadora: v2=672⋅103v^2 = 672 \cdot 10^3 e (25103)2=625⋅103(25\sqrt{10^3})^2 = 625 \cdot 10^3.)

(04) Verdadeira.

Δt=QP=67 20020=3 360 s\Delta t = \frac{Q}{P} = \frac{67\,200}{20} = 3\,360\ \text{s}

São 3 360 ÷ 60 = 56 minutos.

(08) Verdadeira.

h=Qm g=67 2000,2⋅10h = \frac{Q}{m\,g} = \frac{67\,200}{0{,}2 \cdot 10}

h=33 600 m=33,6 kmh = 33\,600\ \text{m} = 33{,}6\ \text{km}

(16) Falsa.

Δt=67 200200=336 s\Delta t = \frac{67\,200}{200} = 336\ \text{s}

São 5,6 minutos, ou seja, mais de 5 minutos.

⚠️ A armadilha: usar a massa em gramas nas energias mecânicas. O calor específico foi dado em J/g °C, então QQ sai certo com 200 g; já em mv2/2mv^2/2 e mghmgh a massa tem de estar em quilogramas (0,2 kg).

A ideia em uma frase: calor é energia: 67 kJ de aquecimento equivalem a lançar 200 g a ~820 m/s ou erguê-los a 33 km.

Resposta: soma 15 (01 + 02 + 04 + 08).

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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