UFJF 2022 (PISM, Módulo II) — questão 12 de Física
Enunciado em texto
Joana trabalha em um laboratório de pesquisa de uma Universidade Pública Brasileira. Nesse laboratório, ela precisa resfriar um determinado material (uma substância pura) que se encontra no estado líquido de modo que ele se torne um sólido, pois somente nesse estado da matéria ele pode ser utilizado em seu trabalho. Ela precisou interpretar um gráfico enviado pelo fabricante do material que mostra o seu resfriamento em função do tempo. Esse gráfico pode ser visto na Figura 1 ao lado. Nele, a sua temperatura está na escala Fahrenheit. O material está inicialmente na fase líquida e ao final do processo, encontra-se na fase sólida. Importante lembrar que -40 °C = -40 °F. Os valores nas escalas Celsius e Kelvin para a mudança de fase de líquido para sólido desse material são dados, respectivamente, por:
[Gráfico: eixo vertical T(°F), com marcas em 0, -58 e -80; eixo horizontal t(s), com marcas em 0, 300, 800 e 1.000. A temperatura começa em 0 °F em t = 0 e cai em linha reta até -58 °F em t = 300 s; fica constante em -58 °F (patamar horizontal) de 300 s até 800 s; depois volta a cair em linha reta até -80 °F em t = 1.000 s. Linhas tracejadas ligam -58 e -80 ao eixo vertical e 300, 800 e 1.000 ao eixo horizontal.]
Figura 1: Gráfico de temperatura versus tempo para o material citado no enunciado da questão.
A) -14,5 °C e 258,5 K;
B) -162 °C e 111 K;
C) -46,8 °C e 226,2 K;
D) -162 °C e 223 K;
E) -50 °C e 223 K.
(Enunciado e figura: PISM 2022 (UFJF), Módulo II, 2º dia — Universidade Federal de Juiz de Fora (COPESE).)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) e à sua Coordenação Geral de Processos Seletivos (COPESE).
Resolução comentada
O que a questão pede: a temperatura de solidificação do material, lida no gráfico em °F, convertida para °C e para K.
Passo 1 — achar a mudança de fase no gráfico. Numa substância pura, a mudança de estado acontece a temperatura constante: é o patamar horizontal, entre 300 s e 800 s, em -58 °F. Antes dele o líquido esfria; depois, o sólido esfria.
Passo 2 — de Fahrenheit para Celsius. A relação entre as escalas é
Passo 3 — de Celsius para Kelvin. Soma-se 273:
Conferindo com a dica do enunciado: a relação dá quando , como o texto lembra: . A fórmula está certa. E −58 °F está 18 °F abaixo de −40 °F; 18 graus Fahrenheit equivalem a graus Celsius, e −40 − 10 = −50 °C.
⚠️ A armadilha: inverter o fator 5/9 e fazer ; somando 273, sai 111 K: é a alternativa B (e a D repete o −162). Outro deslize é somar 32 em vez de subtrair: °C, perto da alternativa A.
A ideia em uma frase: na curva de resfriamento, a mudança de fase é o patamar; −58 °F vira −50 °C, que vira 223 K.
Resposta: alternativa E (-50 °C e 223 K).
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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