UEMG 2018 — questão 18 de Física
Enunciado em texto
Ao conceber um ser cujas faculdades são tão aguçadas que ele consegue acompanhar cada molécula em seu curso, esse ser, cujos atributos são ainda essencialmente tão finitos quanto os nossos, seria capaz de fazer o que atualmente nos é impossível fazer. Consideramos que as moléculas em um recipiente cheio de ar, a uma temperatura uniforme, movem-se com velocidades que não são de modo algum uniformes. Suponhamos agora que tal recipiente é separado em duas porções, A e B, por meio de uma divisória na qual há um pequeno orifício, e que um ser, que pode ver as moléculas individuais, abre e fecha esse orifício, de forma a permitir que somente as moléculas mais rápidas passem de A para B, e somente as mais lentas passem de B para A. Ele irá, portanto, sem nenhum trabalho, elevar a temperatura de B e baixar a de A, contradizendo a 2ª lei da termodinâmica.
Fonte: https://www.scientiaplena.org.br/sp/article/download/635/296 (Adaptado).
O enunciado refere-se ao experimento mental intitulado
A) Gato de Schrödinger.
B) Matéria e energia escuras.
C) Demônio de Maxwell.
D) Paradoxo de Olbers.
(Enunciado: Vestibular UEMG 2018 — Universidade do Estado de Minas Gerais.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade do Estado de Minas Gerais (UEMG).
Resolução comentada
O que a questão pede: o nome do experimento mental descrito.
Passo 1 — o que o texto descreve. Um gás em temperatura uniforme tem moléculas com velocidades variadas. Um “ser” separa as rápidas (num lado) das lentas (no outro) só abrindo e fechando uma portinhola. Como a temperatura está ligada à energia cinética média das moléculas, B esquenta e A esfria, sem trabalho externo: calor passaria do frio para o quente espontaneamente, contrariando a 2ª lei. Esse é o demônio de Maxwell, proposto por James Clerk Maxwell em 1867; o texto é praticamente a descrição original dele.
Passo 2 — como o paradoxo se resolve. O demônio precisa medir e registrar a velocidade de cada molécula para decidir se abre a porta. Adquirir e, principalmente, apagar essa informação tem um custo mínimo de entropia (princípio de Landauer), que compensa a diminuição de entropia do gás. A 2ª lei sobrevive.
Por que não as outras: o gato de Schrödinger (A) discute a superposição de estados na mecânica quântica; matéria e energia escuras (B) não são experimentos mentais, mas componentes do Universo inferidos por observações astronômicas; o paradoxo de Olbers (D) pergunta por que o céu noturno é escuro se o Universo tiver infinitas estrelas.
⚠️ A armadilha: confundir os nomes célebres da Física. A pista decisiva é “2ª lei da termodinâmica” com um ser selecionando moléculas: isso é o demônio de Maxwell.
A ideia em uma frase: o demônio de Maxwell separa moléculas rápidas e lentas sem gastar trabalho e parece violar a 2ª lei, até se contabilizar o custo da informação que ele usa.
Resposta: alternativa C (Demônio de Maxwell).
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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