UNESP 2016 — questão 80 de Física
Enunciado em texto
Monte Fuji
[Foto: o Monte Fuji, de topo coberto de neve, com nuvens na base.]
(www.japanican.com)
O topo da montanha é gelado porque o ar quente da base da montanha, regiões baixas, vai esfriando à medida que sobe. Ao subir, o ar quente fica sujeito a pressões menores, o que o leva a se expandir rapidamente e, em seguida, a se resfriar, tornando a atmosfera no topo da montanha mais fria que a base. Além disso, o principal aquecedor da atmosfera é a própria superfície da Terra. Ao absorver energia radiante emitida pelo Sol, ela esquenta e emite ondas eletromagnéticas aquecendo o ar ao seu redor. E os raios solares que atingem as regiões altas das montanhas incidem em superfícies que absorvem quantidades menores de radiação, por serem inclinadas em comparação com as superfícies horizontais das regiões baixas. Em grandes altitudes, a quantidade de energia absorvida não é suficiente para aquecer o ar ao seu redor.
(http://super.abril.com.br. Adaptado.)
Segundo o texto e conhecimentos de física, o topo da montanha é mais frio que a base devido
(A) à expansão adiabática sofrida pelo ar quando sobe e ao fato de o ar ser um bom condutor de calor, não retendo energia térmica e esfriando.
(B) à expansão adiabática sofrida pelo ar quando sobe e à pouca irradiação recebida da superfície montanhosa próxima a ele.
(C) à redução da pressão atmosférica com a altitude e ao fato de as superfícies inclinadas das montanhas impedirem a circulação do ar ao seu redor, esfriando-o.
(D) à transformação isocórica pela qual passa o ar que sobe e à pouca irradiação recebida da superfície montanhosa próxima a ele.
(E) à expansão isotérmica sofrida pelo ar quando sobe e à ausência do fenômeno da convecção que aqueceria o ar.
(Enunciado e figura: Vestibular Unesp 2016, 1ª fase — Unesp/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual Paulista (Unesp) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: as duas causas, segundo o texto e a física, de o topo ser mais frio.
Passo 1 — a expansão do ar que sobe. O texto diz que o ar, ao subir, encontra pressão menor e se expande rapidamente. Rápido demais para trocar calor com a vizinhança (e o ar é mau condutor): a transformação é praticamente adiabática (Q = 0). Pela primeira lei da termodinâmica:
Na expansão o gás realiza trabalho (W > 0), então a energia interna diminui: o ar esfria.
Passo 2 — o aquecimento pela superfície. O ar é aquecido principalmente pela radiação (ondas eletromagnéticas, infravermelho) que o chão emite depois de absorver a luz do Sol. No alto, as encostas inclinadas absorvem menos radiação, e por isso emitem pouca radiação para o ar em volta.
Por que não as outras: (A) o ar é um mau condutor de calor (é isolante: por isso agasalhos e paredes duplas funcionam); (C) o texto não diz que as encostas impedem a circulação do ar, e a redução de pressão sozinha não explica o resfriamento sem a expansão; (D) o ar que sobe muda de volume (se expande), então a transformação não é isocórica; (E) numa expansão isotérmica a temperatura não muda, e por isso ela não esfriaria o ar; além disso, há convecção, e é justamente ela que faz o ar subir.
⚠️ A armadilha: a (E). “Expansão” está certo, mas “isotérmica” significa temperatura constante: contradiz o próprio resfriamento que se quer explicar.
A ideia em uma frase: ar que sobe se expande sem tempo de trocar calor (adiabática) e esfria; e lá em cima o chão inclinado irradia pouco para aquecê-lo.
Resposta: alternativa 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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