UFSC 2013 (discursiva) — questão 3 de Física
Enunciado em texto
Em uma aula experimental de física sobre calorimetria, o professor pede para que os alunos aqueçam duas substâncias diferentes, com 400 g cada, fazendo uso de um aquecedor elétrico. Desprezando eventuais perdas de calor para o meio ambiente, o professor considera a potência efetiva do aquecedor em 400 cal/min. O professor pede que os alunos registrem os dados experimentais em uma tabela e construam um gráfico. Abaixo é apresentado um dos gráficos construídos pelos alunos.
(Gráfico: T (°C) no eixo vertical, de 19 a 31; Q (kcal) no eixo horizontal, de 0,0 a 2,2. Duas retas partem de (0,0; 20). Sub. A (quadrados pretos): sobe 0,5 °C a cada 0,2 kcal — 20,5 em 0,2; 21 em 0,4; 21,5 em 0,6; 22 em 0,8; 22,5 em 1,0; 23 em 1,2; 23,5 em 1,4; 24 em 1,6; 24,5 em 1,8; 25 em 2,0. Sub. B (círculos vermelhos): sobe 1 °C a cada 0,2 kcal — 21 em 0,2; 22 em 0,4; ...; 28 em 1,6; 29 em 1,8; 30 em 2,0.)
Considere o gráfico acima e responda às perguntas abaixo.
a) O experimento realizado pelos alunos permite encontrar, através da inclinação da reta, uma grandeza física característica de cada substância. Qual é esta grandeza física?
b) Com base em princípios físicos, explicitando o raciocínio físico e matemático, qual das substâncias possui o maior valor para a grandeza física apontada no item anterior?
c) Admitindo que a substância A seja uma enzima e que ela possua temperatura inicial de 20 °C, o que acontece com a enzima após 30 minutos de aquecimento pelo aquecedor elétrico mencionado? Justifique sua resposta com base nos princípios da física e da biologia. Apresente os cálculos necessários.
(Enunciado e figura: Vestibular UFSC 2013, prova discursiva — 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: (a) identificar a grandeza dada pela inclinação de T × Q; (b) calcular essa grandeza para A e B; (c) achar a temperatura de A após 30 min e dizer o que acontece com a enzima.
Item (a) — o calor específico. Pela equação fundamental da calorimetria, , então : a inclinação da reta T × Q é , o inverso da capacidade térmica. Como a massa é conhecida (400 g), a inclinação dá o calor específico c, que é característico de cada substância.
Item (b) — substância A. Entre 0 e 2,0 kcal, a temperatura vai de 20 °C a 25 °C:
Item (b) — substância B. No mesmo intervalo, de 20 °C a 30 °C:
A substância A tem o maior calor específico: com o mesmo calor e a mesma massa, ela esquenta menos (a reta dela é menos inclinada).
Item (c) — o calor recebido em 30 min.
Item (c) — a temperatura final da substância A.
Item (c) — o que acontece com a enzima. Enzimas são proteínas; acima de uns 40–42 °C, a agitação térmica rompe as ligações que mantêm a forma tridimensional delas, e elas se desnaturam: perdem a forma do sítio ativo e deixam de funcionar. A 50 °C, a enzima fica inativa.
⚠️ A armadilha: no item (b), olhar só qual reta “sobe mais” e escolher B. Subir mais com o mesmo calor quer dizer esquentar com mais facilidade, isto é, calor específico menor.
A ideia em uma frase: no gráfico T × Q, a inclinação é 1/(mc): reta mais deitada, calor específico maior.
Resposta: (a) o calor específico (a inclinação é ); (b) a substância A: cal/(g·°C) contra cal/(g·°C); (c) em 30 min A recebe 12 000 cal e chega a 50 °C; a enzima se desnatura (acima de cerca de 42 °C) e fica inativa.
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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