Nos últimos anos, banhos no gelo tornaram-se populares entre esportistas, especialmente corredores, triatletas e jogadores de futebol. O mergulho em água muito fria (entre 10 e 15 graus Celsius) por cerca de 5 a 10 minutos ajuda a reduzir a inflamação e o inchaço, aliviar dores musculares e, por causa disso, acelera a recuperação após um jogo ou uma prova de longa distância.
(https://forbes.com.br. Adaptado.)
Um esportista deseja obter água a $10^\circ\text{C}$ em uma banheira que, inicialmente, contém $3,0 \times 10^5\text{ g}$ de água a $25^\circ\text{C}$ e que está em equilíbrio térmico com a banheira. Desprezando perdas de calor para o ambiente e considerando o calor específico da água igual a $1,0\text{ cal/(g}\cdot{}^\circ\text{C)}$, o calor latente de fusão do gelo igual a $80\text{ cal/g}$ e a capacidade térmica da banheira igual a $6,0 \times 10^4\text{ cal/}^\circ\text{C}$, a quantidade de gelo a $0^\circ\text{C}$ que deve ser colocada na água contida na banheira para que o conjunto atinja o equilíbrio térmico a $10^\circ\text{C}$ é
Resolução comentada
1. Calor cedido pela água e banheira ao resfriarem de $25^\circ\text{C}$ a $10^\circ\text{C}$:
• Água: $Q_{\text{água}} = m_{\text{água}} \cdot c \cdot \Delta T = 3,0 \times 10^5 \cdot 1,0 \cdot (10 - 25) = -4,5 \times 10^6\text{ cal}$.
• Banheira: $Q_{\text{banheira}} = C_{\text{banheira}} \cdot \Delta T = 6,0 \times 10^4 \cdot (10 - 25) = -9,0 \times 10^5\text{ cal}$.
• Total de calor cedido: $|Q_{\text{cedido}}| = 4,5 \times 10^6 + 0,9 \times 10^6 = 5,4 \times 10^6\text{ cal}$.
2. Calor absorvido pela massa $m_g$ de gelo (fusão a $0^\circ\text{C}$ + aquecimento da água do gelo de $0^\circ\text{C}$ a $10^\circ\text{C}$):
$$Q_{\text{gelo}} = m_g \cdot L_f + m_g \cdot c \cdot (10 - 0) = m_g \cdot 80 + m_g \cdot 1,0 \cdot 10 = 90 \cdot m_g$$
3. Igualando as trocas de calor ($|Q_{\text{cedido}}| = Q_{\text{gelo}}$):
$$90 \cdot m_g = 5,4 \times 10^6 \Rightarrow m_g = \frac{5,4 \times 10^6}{90} = 60000\text{ g} = 60\text{ kg}$$
Alternativa correta: (B)