Em um experimento que recebeu seu nome, James Joule determinou o equivalente mecânico do calor: 1 cal = 4,2 J. Para isso, ele utilizou um dispositivo em que um conjunto de paletas giram imersas em água no interior de um recipiente.
Considere um dispositivo igual a esse, no qual a energia cinética das paletas em movimento, totalmente convertida em calor, provoque uma variação de 2 ºC em 100 g de água. Essa quantidade de calor corresponde à variação da energia cinética de um corpo de massa igual a 10 kg ao cair em queda livre de uma determinada altura.
Essa altura, em metros, corresponde a:
- A) 2,1
- B) 4,2
- C) 8,4
- D) 16,8
Resposta:
A alternativa correta é letra C) 8,4
Gabarito: LETRA C.
De acordo com o princípio da conservação da energia, sabemos que a variação da energia cinética de um corpo ao cair em queda livre é igual à energia potencial gravitacional antes da queda, ou seja:
Delta E_{cin} = E_{pot_{antes}}
Delta E_{cin} = mgh
Para um corpo de massa igual a 10 kg ao cair em queda livre de uma determinada altura h, a variação da energia cinética, em joules, é dada por
Delta E_{cin} = 10 cdot 10 cdot h
Delta E_{cin} = 100 h
A energia utilizada para aquecer 100 g de água em 2°C é dada por
Q = mcDelta theta
Q = 100 cancel g cdot 1,0 dfrac { cal } { cancel g cancel {°C} } cdot 2 cancel {°C}
Q = 200 , cal
Como 1 cal = 4,2 J, temos
Q = 200 cdot 4,2 , J
Q = 840 , J
Como toda energia cinética é convertida em calor, podemos escrever:
Delta E_{cin} = Q
100 h = 840
h = 8,4 , m
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).
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