UEM 2020 (Conhecimentos Específicos) — questão 28 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: fazer o balanço de calor entre água, garrafa e gelo e descobrir o estado final.

Passo 1 — calor que água e garrafa podem ceder até 0 °C:

$$Q_{\text{cede}} = (100 \cdot 1 + 20) \cdot 30$$

$$Q_{\text{cede}} = 3600\ \text{cal}$$

Passo 2 — calor para levar o gelo (160 g) de –10 °C a 0 °C:

$$Q_1 = 160 \cdot 0{,}5 \cdot 10 = 800\ \text{cal}$$

Sobram 2800 cal, mas fundir todo o gelo exigiria $160 \cdot 80 = 12\,800$ cal. Não dá: o equilíbrio é a 0 °C, com parte do gelo fundida.

Passo 3 — gelo fundido:

$$m_f = \frac{2800}{80} = 35\ \text{g}$$

Sobram $160 - 35 = 125$ g de gelo, e a água passa a $100 + 35 = 135$ g.

(01) Verdadeira.

$$V = \frac{32}{0{,}9} \approx 35{,}6\ \text{cm}^3$$

(02) Verdadeira. A garrafa foi de 30 °C a 0 °C: $20 \cdot 30 = 600$ cal.

(04) Falsa. A fusão de um cubo exige $32 \cdot 80 = 2560$ cal, quatro vezes as 640 cal da afirmação.

(08) Verdadeira. 125 g de gelo e 135 g de água, como no Passo 3.

(16) Verdadeira. Fora da garrafa, a mistura continuaria recebendo calor do ambiente a 30 °C até derreter todo o gelo e chegar à temperatura ambiente: o equilíbrio térmico final seria a 30 °C.

⚠️ A armadilha: supor que todo o gelo derrete e montar a equação com temperatura final desconhecida. A conta dá temperatura negativa, o que é impossível; sempre confira primeiro se o calor disponível basta para fundir tudo.

A ideia em uma frase: compare o calor disponível com o necessário para cada etapa; se não der para fundir tudo, o equilíbrio é a 0 °C com gelo e água juntos.

Resposta: soma 27 (01 + 02 + 08 + 16).