UFSC 2012 — questão 27 de Física
Enunciado em texto
A estação central de trens de Estocolmo, na Suécia, criou um sistema para reduzir o consumo de energia elétrica em até 25 %, usando o calor gerado pelo corpo das pessoas que lá passam todos os dias. São 250 mil passageiros que passam por dia na estação, que possui temperatura média de 25,0 °C na área de circulação. A companhia que administra a rede ferroviária da Suécia fez os cálculos e descobriu que esses passageiros produzem, juntos, 130 metros cúbicos de ar quente a cada respirada. O sistema funciona com tubos instalados no forro da estação que levam o ar aquecido pelos pulmões dos passageiros até a central de calefação, na qual radiadores transferem o calor do ar captado para a água.
Considere que a temperatura do corpo humano é 37,0 °C e que o ser humano realiza 15 movimentos respiratórios por minuto. Densidade do ar 1,3 kg/m³, e calor específico do ar 1000 J/kg°C.
Com base nestas informações, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).
(01) A única forma de o corpo humano liberar calor é pela respiração.
(02) A maior parte da energia liberada pelo corpo humano na forma de radiação está na faixa do ultravioleta.
(04) A quantidade de calor liberada a cada respirada pelo número médio de passageiros que circulam diariamente na estação central de Estocolmo é de J.
(08) A potência gerada durante uma respirada pelo total de passageiros que circulam diariamente pela estação é próxima a 0,5 MW.
(16) O corpo humano é capaz de liberar mais energia do que consome ou possui armazenada, por isso é importante utilizar o calor humano como fonte de energia.
(32) A maior parte da energia liberada pelo corpo humano na forma de radiação está na faixa do infravermelho.
(Enunciado: Vestibular UFSC 2012 — UFSC/COPERVE.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Comissão Permanente do Vestibular (COPERVE).
Resolução comentada
O que a questão pede: calcular o calor levado pelo ar expirado e a potência correspondente, e julgar afirmações sobre as trocas de calor do corpo.
Passo 1 — a massa de ar de uma respirada (de todos os passageiros juntos):
Passo 2 — o calor. O ar sai dos pulmões a 37 °C e esfria até os 25 °C do ambiente, cedendo:
Passo 3 — a potência. Com 15 respirações por minuto, cada uma dura s:
ou seja, cerca de 0,5 MW.
(01) Falsa. O corpo perde calor também por radiação, por condução e convecção pela pele e pela evaporação do suor.
(02) Falsa. A cerca de 37 °C (310 K), o corpo emite principalmente no infravermelho (pela lei de Wien, o pico fica em torno de 9 a 10 μm). Ultravioleta exigiria temperaturas de milhares de graus.
(04) Falsa. Pelo Passo 2, o calor é J, dez vezes menos que o da afirmação.
(08) Verdadeira. Passo 3.
(16) Falsa. Viola a conservação da energia: o corpo não pode liberar mais energia do que recebe (alimentação) ou tem armazenada.
(32) Verdadeira. É o que fazem as câmeras térmicas: “enxergam” as pessoas pela radiação infravermelha que elas emitem.
⚠️ A armadilha: na (04), errar a potência de 10 (169 · 1000 · 12 = 2 028 000, isto é, ). Na (08), esquecer de converter “por minuto” em segundos: são 4 s por respirada.
A ideia em uma frase: Q = mcΔT com a massa vinda da densidade; e um corpo a 37 °C brilha no infravermelho, não no visível nem no ultravioleta.
Resposta: soma 40 (08 + 32).
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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