UERJ 2016 (2º Exame de Qualificação) — questão 32 de Física
Enunciado em texto
Em um experimento que recebeu seu nome, James Joule determinou o equivalente mecânico do calor: 1 cal = 4,2 J. Para isso, ele utilizou um dispositivo em que um conjunto de paletas giram imersas em água no interior de um recipiente.
Considere um dispositivo igual a esse, no qual a energia cinética das paletas em movimento, totalmente convertida em calor, provoque uma variação de 2 °C em 100 g de água. Essa quantidade de calor corresponde à variação da energia cinética de um corpo de massa igual a 10 kg ao cair em queda livre de uma determinada altura.
Essa altura, em metros, corresponde a:
(A) 2,1
(B) 4,2
(C) 8,4
(D) 16,8
(Enunciado: Vestibular Estadual UERJ 2016, 2º Exame de Qualificação — DSEA/UERJ.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ).
Resolução comentada
O que a questão pede: de que altura um corpo de 10 kg tem de cair para ganhar a mesma energia que aqueceu a água.
Passo 1 — o calor recebido pela água. O calor específico da água é 1 cal/(g·°C):
Passo 2 — em joules, com o equivalente de Joule:
Passo 3 — a queda livre. Sem resistência do ar, a energia cinética ganha na queda é igual à energia potencial perdida, . Com g = 10 m/s²:
⚠️ A armadilha: esquecer de passar as calorias para joules. Com 200 no lugar de 840, sai h = 2 m, um valor que não está nas alternativas (a 2,1 só se parece com ele). Todo cálculo de energia mecânica pede joules.
A ideia em uma frase: calor e trabalho são a mesma coisa, energia: calcule o calor em calorias, passe para joules e iguale a mgh.
Resposta: alternativa C (8,4 m).
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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