UEM 2019 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 27 de Física
Enunciado em texto
Uma barra de cobre à temperatura e uma barra de ferro à temperatura , ambas de mesma massa e com o mesmo comprimento nessas temperaturas, estão sobre uma bancada de testes localizada às margens de um grande lago à temperatura constante . Inicialmente, . Em um primeiro experimento, as duas barras são colocadas em contato térmico entre si. Em um segundo experimento, com as mesmas condições iniciais, as duas barras são colocadas dentro do lago, uma bem distante da outra. Suponha que os tempos de realização desses experimentos sejam suficientemente longos de modo que as temperaturas finais das barras possam ser consideradas constantes. Assinale o que for correto sobre o que se espera que ocorra com as barras.
(01) Ocorre um resfriamento da barra de cobre e um aquecimento da barra de ferro em ambos os experimentos.
(02) A barra de cobre se contrai e a barra de ferro se dilata em ambos os experimentos.
(04) No segundo experimento, as variações de comprimento das barras dependem da temperatura do lago.
(08) Os comprimentos das barras de cobre e de ferro no final do primeiro experimento serão iguais aos seus respectivos comprimentos obtidos no final do segundo experimento, independentemente das temperaturas iniciais das barras.
(16) No segundo experimento, a temperatura da barra de cobre será igual à temperatura da barra de ferro, mesmo estando distante uma barra da outra.
(Enunciado: Vestibular UEM 2019 (Inverno), 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: prever as temperaturas finais e as dilatações das barras nos dois experimentos.
Passo 1 — experimento 1. Em contato, o calor flui da barra quente (cobre) para a fria (ferro) até as duas ficarem numa temperatura comum , entre e . Com massas iguais:
Passo 2 — experimento 2. O lago é enorme e mantém : cada barra entra em equilíbrio com a água e termina em , que também está entre e .
(01) Verdadeira. Nos dois casos o cobre termina abaixo de (esfria) e o ferro acima de (esquenta).
(02) Verdadeira. Como os dois metais dilatam com o aquecimento, o cobre (que esfria) se contrai e o ferro (que esquenta) se dilata, nos dois experimentos.
(04) Verdadeira. No lago, : a variação depende de .
(08) Falsa. No primeiro experimento a temperatura final é , que depende de , e dos calores específicos; no segundo é . Em geral , e os comprimentos finais são diferentes. Só coincidiriam num caso particular de temperaturas iniciais, e a afirmação diz “independentemente” delas.
(16) Verdadeira. As duas entram em equilíbrio térmico com a mesma água, a ; logo estão à mesma temperatura entre si (lei zero da termodinâmica), mesmo sem se tocar.
⚠️ A armadilha: na (16), achar que é preciso contato direto para as barras igualarem a temperatura. Basta as duas estarem em equilíbrio com um terceiro corpo, o lago.
A ideia em uma frase: corpos em equilíbrio com um mesmo terceiro corpo estão em equilíbrio entre si; e a temperatura final de cada experimento decide a dilatação.
Resposta: soma 23 (01 + 02 + 04 + 16).
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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