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Dissertativas 1 - Dia 2 - Fuvest 2025
Gabarito
Em seu projeto para uma feira de ciências, uma estudante decide reproduzir o experimento histórico de Joule sobre o “equivalente mecânico do calor”. Ela então monta o aparato esquematizado na figura ao lado. No experimento, a estudante deixa cair um bloco preso a uma corda que passa por uma roldana e cujo movimento faz girar pás que agitam o líquido contido em um calorímetro termicamente isolado.
a) O bloco, de massa igual a 5 kg, cai com velocidade praticamente constante. Qual é a força de tração na corda?
b) Suponha que o bloco caia até o chão, partindo de uma altura de 50 cm. Entre o início e o final da queda, determine o trabalho mecânico realizado pela força peso sobre o bloco e a variação da energia potencial gravitacional do sistema formado pelo bloco e pela Terra.
c) Suponha agora que o bloco seja substituído por outro e que, durante a queda desse novo bloco, a força peso atuando sobre ele realize um trabalho de módulo igual a 70 J. Suponha ainda que o líquido no calorímetro tenha massa de 10 kg, que seu calor específico seja de 2000 J e que o termômetro utilizado pela estudante tenha precisão de 0,1 K. A estudante conseguirá medir a variação de temperatura do líquido provocada pela queda do bloco? Justifique a sua resposta.
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Note e adote: Aceleração da gravidade: g = 10 . Suponha que a corda seja inextensível e que a roldana tenha massa desprezível. Despreze todos os atritos, exceto a resistência do líquido ao movimento das pás. Despreze as dimensões do bloco. |
Resolução:
a.
Se a velocidade de queda do bloco é praticamente constante, segue-se que ele está em equilíbrio dinâmico, ou seja, a resultante das forças que atuam sobre ele é nula, e a força de tração é igual à força peso em módulo:
b. Uma vez que a força peso é constante, que a altura da queda é h = 50 cm = 0,5 m e que o deslocamento do bloco se dá na mesma direção e sentido da força peso, pode-se calcular o trabalho realizado por ela da seguinte forma:
Adotando-se h = 0 para o solo, a variação de energia potencial do bloco é:
c. Para que haja a máxima variação de temperatura, deve-se admitir que todo o trabalho realizado pela força peso durante a queda do bloco seja convertido em energia térmica devido ao atrito entre as pás e o líquido, e que essa energia térmica eleve a temperatura dos 10 kg de líquido, como se segue:
Como a precisão do termômetro é de 0,1 K, conclui-se que a estudante não conseguirá medir a variação de temperatura do líquido.
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