A famosa experiência de Joule, na qual o mesmo determina o Equivalente Mecânico do Calor (1 cal = 4,1868 J), está representada na figura abaixo.
(Recorte adaptado de http://ceticismo.net/ciencia-tecnologia/a-termodinamica/8/)
Considerando que Joule deixou cair por 10 (dez) vezes o corpo de massa m de uma altura de 20 cm, num local onde a aceleração da gravidade vale 10m/s2 e que os 500 g de água contidos no recipiente absorvem apenas 80% da energia total oriunda das quedas, o valor de m, em kg, sabendo que em todo o processo a água aqueceu de 0,08 ºC, vale:
Considere o calor específico da água: c = 4 J/goC.
- A) 10.
- B) 20.
- C) 30.
- D) 40.
- E) 50.
Resposta:
Agora, vamos calcular o valor de m, a massa do corpo que cai. Podemos começar calculando a energia total liberada pelas quedas do corpo:
E = m × g × h
onde E é a energia total, m é a massa do corpo, g é a aceleração da gravidade (10 m/s²) e h é a altura de queda (20 cm = 0,2 m). Como o corpo cai 10 vezes, a energia total é 10 vezes a energia de uma única queda:
E = 10 × m × 10 m/s² × 0,2 m = 20 m J
Como os 500 g de água absorvem apenas 80% da energia total, a energia absorvida pela água é:
E = 0,8 × 20 m J = 16 m J
Essa energia é responsável pelo aumento de temperatura da água. Podemos calcular o valor de m usando a fórmula:
Q = c × m × ΔT
onde Q é a energia absorvida pela água (16 m J), c é o calor específico da água (4 J/g°C), m é a massa de água (500 g = 0,5 kg) e ΔT é o aumento de temperatura (0,08°C).
Substituindo os valores, temos:
16 m J = 4 J/g°C × 0,5 kg × 0,08°C
16 m = 0,16 J
m = 0,16 J / 16 J/kg = 0,01 kg = 10 g
Portanto, a resposta certa é a letra A) 10.
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