UNICAMP 2017 — questão 61 de Física
Enunciado em texto
Fazer vácuo significa retirar o ar existente em um volume fechado. Esse processo é usado, por exemplo, para conservar alimentos ditos embalados a vácuo ou para criar ambientes controlados para experimentos científicos. A figura abaixo representa um pistão que está sendo usado para fazer vácuo em uma câmara de volume constante litros. O pistão, ligado à câmara por uma válvula A, aumenta o volume que pode ser ocupado pelo ar em litros. Em seguida, a válvula A é fechada e o ar que está dentro do pistão é expulso através de uma válvula B, ligada à atmosfera, completando um ciclo de bombeamento. Considere que o ar se comporte como um gás ideal e que, durante o ciclo completo, a temperatura não variou. Se a pressão inicial na câmara é de Pa, a pressão final na câmara após um ciclo de bombeamento será de
[Figura: quatro desenhos em sequência, ligados por setas. 1º: a câmara em cima; embaixo dela, um cilindro com o pistão, ligado à câmara pela “válvula A”, e com uma saída lateral, a “válvula B”; o pistão está no alto do cilindro. 2º: a válvula A está aberta (uma seta mostra o ar descendo da câmara para o cilindro) e o pistão desce (seta para baixo). 3º: a válvula A está fechada e o pistão está embaixo, deixando no cilindro o volume de ar. 4º: a válvula B está aberta (uma seta mostra o ar saindo para fora) e o pistão sobe (seta para cima).]
a) 30,0 Pa.
b) 330,0 Pa.
c) 36,3 Pa.
d) 3,3 Pa.
(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2017, 1ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
O que a questão pede: a pressão que sobra na câmara depois de uma bombeada.
Passo 1 — o que acontece no ciclo. Com a válvula A aberta, o pistão desce e o ar da câmara se espalha por um volume maior: os 2,0 L da câmara mais os 0,2 L do cilindro. Depois a válvula A fecha: o ar que ficou na câmara continua lá, com a pressão que tinha nesse momento. O ar do cilindro vai embora pela válvula B, mas isso não muda mais nada na câmara.
Passo 2 — lei de Boyle. A temperatura não varia e a quantidade de ar é a mesma durante a expansão (a válvula B está fechada). Então fica constante:
Como é uma razão de volumes, dá para deixar tudo em litros.
Conferindo: o ar se espalhou por um volume 10% maior, então a pressão tem de cair. De 33 Pa para 30 Pa, faz sentido.
⚠️ A armadilha: inverter a razão dos volumes, como se o ar fosse comprimido: 33 × 2,2 ÷ 2,0 = 36,3 Pa, a alternativa C. Uma bomba de vácuo só pode diminuir a pressão da câmara; uma resposta maior que 33 Pa já está errada.
A ideia em uma frase: a cada ciclo, o ar da câmara se expande isotermicamente para um volume maior, e a pressão cai na razão inversa dos volumes: p·V constante.
Resposta: alternativa A (30,0 Pa).
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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