UFU 2015-2 — questão 15 de Física
Enunciado em texto
Em um recipiente de vidro, coloca-se água aquecida a 80°C, até 90% do volume do frasco. Logo após, ele é tampado com uma tampa não deformável, a qual não é rosqueada, e sim facilmente encaixada. Tal tampa possui apenas um anel de vedação, que não permite a troca entre o ar externo e interno. Após deixar o frasco por um certo tempo à temperatura ambiente de 25°C, ao se tentar retirar a tampa, percebe-se que ela não mais se solta facilmente.
Com base no descrito, a dificuldade em retirar a tampa ocorre porque houve
A) uma pequena contração volumétrica do frasco, aumentando sua pressão interna.
B) aproximadamente uma transformação a volume constante, reduzindo a pressão interna no frasco.
C) aproximadamente uma transformação isobárica, mantendo a pressão interna no frasco.
D) uma pequena dilatação do volume de água do frasco, passando a haver maior ação da gravidade sobre ele.
(Enunciado: Processo Seletivo UFU 2015-2, 1ª fase — Universidade Federal de Uberlândia.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e à sua Diretoria de Processos Seletivos (DIRPS/UFU).
Resolução comentada
O que a questão pede: explicar por que a tampa fica presa depois que o frasco esfria.
Passo 1 — o gás preso. Acima da água sobra 10% do frasco, ocupado por ar e vapor de água. Ao tampar, esse gás fica com a pressão do ambiente, cerca de 1 atm. Como o vidro e a tampa quase não se deformam, o volume desse gás fica praticamente constante enquanto o frasco esfria de 80 °C para 25 °C.
Passo 2 — a pressão cai. Numa transformação a volume constante, a pressão do gás é proporcional à temperatura absoluta. Só pelo ar:
Além disso, boa parte do vapor de água se condensa ao esfriar, o que derruba a pressão interna ainda mais.
Passo 3 — a tampa presa. Agora a pressão de fora (atmosférica) é maior que a de dentro. A diferença de pressão, vezes a área da tampa, dá uma força resultante que empurra a tampa para dentro do frasco. É essa força que precisamos vencer para abri-la.
Por que não as outras: (A) a contração do vidro é mínima e, de todo modo, a pressão interna diminui, não aumenta (se aumentasse, a tampa tenderia a saltar); (C) se a pressão interna ficasse igual à externa, a tampa sairia facilmente como antes; (D) ao esfriar, a água se contrai (não dilata), e a gravidade sobre a água não prende a tampa, que está em cima.
⚠️ A armadilha: marcar (A) pensando “contraiu, então a pressão subiu”. A contração do frasco é desprezível; o que manda aqui é a temperatura do gás caindo com o volume quase fixo, e isso reduz a pressão.
A ideia em uma frase: gás preso que esfria a volume constante perde pressão, e a atmosfera de fora passa a empurrar a tampa para dentro.
Resposta: alternativa B (transformação a volume constante, com queda da pressão interna).
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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