UFU 2023-2 — questão 19 de Física
Enunciado em texto
Muitos motores a combustão são baseados no ciclo de Otto, esquematizado na figura abaixo.
[Gráfico: Pressão (eixo vertical) × Volume (eixo horizontal). Pontos: 5 e 1 na mesma pressão baixa, com 5 à esquerda (volume pequeno) e 1 à direita (volume grande); o segmento horizontal 5–1 tem uma seta para a direita perto de 5 e uma seta para a esquerda no meio. De 1 sai uma curva até 2 (volume pequeno, pressão maior), com seta indicando o sentido de 1 para 2. De 2 sobe um segmento vertical até 3 (pressão máxima), com seta para cima. De 3 desce uma curva até 4 (volume grande), com seta no sentido de 3 para 4. De 4 desce um segmento vertical até 1, com seta para baixo.]
Esse ciclo tem seis etapas: admissão, compressão, explosão, expansão, descompressão e escape. Assinale a alternativa que apresenta o momento (de que etapa para qual etapa) em que o motor realiza trabalho sobre os eixos do carro, gerando movimento.
A) 2 – 3
B) 1 – 2
C) 4 – 1
D) 3 – 4
(Enunciado e figura: Processo Seletivo UFU 2023-2, 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: o trecho do ciclo em que o gás empurra o pistão e entrega trabalho ao motor.
Passo 1 — identificando as etapas no gráfico. 5 → 1: admissão (a mistura entra, o volume aumenta a pressão quase constante). 1 → 2: compressão (o pistão sobe e comprime a mistura). 2 → 3: explosão (a faísca queima a mistura; a pressão salta sem tempo de o volume mudar). 3 → 4: expansão (os gases quentes empurram o pistão). 4 → 1: descompressão (a válvula de escape abre e a pressão cai a volume constante). 1 → 5: escape (o pistão expulsa os gases queimados).
Passo 2 — onde o gás realiza trabalho. O trabalho do gás é : positivo quando o volume aumenta, nulo quando o volume fica constante, negativo quando o volume diminui. Nos trechos verticais (2 → 3 e 4 → 1) o volume não muda e não há trabalho. Na compressão 1 → 2 o trabalho do gás é negativo: é o motor que gasta energia para comprimir. Na expansão 3 → 4, o volume aumenta sob pressão alta e o gás realiza trabalho positivo e grande: é o tempo motor, que empurra o pistão e, pela biela e pelo virabrequim, gira os eixos do carro.
Conferindo: na admissão e no escape (5 → 1 e 1 → 5) os trabalhos são iguais em módulo e opostos, na mesma pressão, e se cancelam. O trabalho líquido do ciclo é a área entre as curvas 3–4 e 1–2, e quem o “paga” é a expansão 3 → 4.
⚠️ A armadilha: marcar a explosão (2 → 3, alternativa A), porque é ali que a energia química é liberada. A explosão aumenta a pressão e a temperatura do gás, mas o pistão ainda não se moveu: o volume é constante e o trabalho é zero. O trabalho só acontece na expansão que vem logo depois.
A ideia em uma frase: no diagrama P × V, só há trabalho quando o volume muda; o motor entrega trabalho na expansão dos gases quentes, de 3 para 4.
Resposta: alternativa D (3 – 4, a expansão).
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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