UFJF 2022 (PISM, Módulo II) — questão 14 de Física
Enunciado em texto
No distrito industrial de Juiz de Fora, Maria trabalha em uma fábrica de fundições. Nesta fábrica, ela produz anéis feitos de um tipo de metal particular identificado como material A. Após a produção de cada anel, um cilindro feito com outro metal, conhecido como material B, precisa atravessar o centro dele, de maneira que fique bem preso a esse cilindro quando à temperatura ambiente. Para conseguir realizar seu trabalho e garantir o bom ajuste do cilindro ao anel, Maria os fabrica com diâmetro interno ligeiramente menor do que o diâmetro do cilindro. Mas para que este possa atravessar o anel, ela aquece temporariamente somente o anel para que a dilatação desta peça permita que isso ocorra. Dadas essas informações, podemos afirmar que a única alternativa INCORRETA é:
A) Quando um anel é aquecido por Maria, os seus átomos passam a ter maior agitação do que antes do aquecimento, conduzindo a um aumento das dimensões dessa peça, incluindo o seu diâmetro interno.
B) O material A precisa obrigatoriamente possuir coeficiente de dilatação volumétrica maior do que o do material B para que Maria realize o seu trabalho.
C) A densidade do anel A diminui quando a sua temperatura aumenta em virtude do aquecimento realizado por Maria.
D) O cilindro feito com material B pode, eventualmente, sofrer um pouco de dilatação durante o contato com o anel, pois existe transferência de energia térmica nesse momento.
E) Quando o anel retorna para a temperatura ambiente, podemos afirmar que parte da energia térmica foi perdida na forma de radiação emitida pela peça.
(Enunciado: 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 única afirmação errada sobre o encaixe do cilindro no anel aquecido.
Passo 1 — alternativa A. Aquecer aumenta a agitação dos átomos, e a distância média entre eles cresce: a peça inteira se dilata. O furo se dilata como se fosse feito do mesmo material, então o diâmetro interno também aumenta. Correta.
Passo 2 — alternativa B. Só o anel é aquecido; o cilindro fica na temperatura ambiente. O que importa é o diâmetro interno do anel crescer o bastante para passar do diâmetro do cilindro, e isso depende só do coeficiente do material A e do quanto Maria aquece:
O coeficiente do material B não entra nessa conta: mesmo que A dilate menos que B, basta aquecer o anel um pouco mais. Não há obrigatoriedade nenhuma. Incorreta: é a resposta.
Passo 3 — alternativa C. A massa do anel não muda e o volume aumenta, então a densidade diminui. Correta.
Passo 4 — alternativa D. Quando o cilindro frio encosta no anel quente, há fluxo de calor do anel para o cilindro; o cilindro esquenta um pouco e pode se dilatar um pouco. Correta.
Passo 5 — alternativa E. Todo corpo aquecido emite radiação térmica (infravermelho). No resfriamento até a temperatura ambiente, parte da energia sai assim, e o resto por condução e convecção. Correta.
⚠️ A armadilha: pensar como no caso em que as duas peças são aquecidas juntas. Aí, sim, para o anel “folgar” seria preciso que A dilatasse mais que B. Mas aqui o enunciado destaca que só o anel é aquecido.
A ideia em uma frase: aquecendo só o anel, o furo se alarga pelo coeficiente do próprio anel; o coeficiente do cilindro, que continua frio, não importa.
Resposta: alternativa B (não é obrigatório que A tenha coeficiente maior que B).
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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