Dissertativa 9 - Física - IME 2013

A figura acima representa um sistema, inicialmente em equilíbrio mecânico e termodinâmico, constituído por um recipiente cilíndrico com um gás ideal, um êmbolo e uma mola. O êmbolo confina o gás dentro do recipiente. Na condição inicial, a mola, conectada ao êmbolo e ao ponto fixo A, não exerce força sobre o êmbolo. Após 3.520 J de calor serem fornecidos ao gás, o sistema atinge um novo estado de equilíbrio mecânico e termodinâmico, ficando o êmbolo a uma altura de 1,2 m em relação à base do cilindro. Determine a pressão e a temperatura do gás ideal:

1. na condição inicial;
2. no novo estado de equilíbrio. 

Observação:
• Considere que não existe atrito entre o cilindro e o êmbolo.

Dados:
• Massa do gás ideal: 0,01 kg;
• Calor específico a volume constante do gás ideal: $1.000 J/kg·K$;
• Altura inicial do êmbolo em relação à base do cilindro: $X_1=1m$;
• Área da base do êmbolo: $0,01 m^2$;
• Constante elástica da mola: 4.000 N/m;
• Massa do êmbolo: 20 kg;
• Aceleração da gravidade: $10 m/s^2$; e
• Pressão atmosférica: 100.000 Pa.