UCS Medicina · Inverno 2024.2 — Física com resolução

Física em Conhecimentos Gerais · Prova tipo A · gabarito conferido

Q4
Termologia — Calorimetria — Inércia térmica de um lago

A cidade de Termópilas do Sul, que há trinta anos possuía cinco mil habitantes, atualmente conta com mais de cem mil e ostenta um dos maiores PIB per capita e IDH do país. Na prefeitura, há um quadro que explica como a cidade deu esse salto de desenvolvimento. Foi graças à dona Gertrudes, a fofoqueira (está assim no quadro). Durante três décadas, em todo final de tarde, ela colocava sua cadeira na calçada, para aproveitar o clima agradável da cidade, e puxava conversa com quem passasse. O assunto, invariavelmente, era o que as outras pessoas da cidade estavam fazendo. Essas conversas possibilitaram, por exemplo, que Germano, até então à procura de emprego, descobrisse que Agenor precisava de um funcionário; que Vicente, cansado de fazer a mesma coisa, soubesse que João tinha uma ideia, mas precisava de ajuda; e que Maria, quase desistindo da padaria por causa da farinha cara, ficasse sabendo que Herval comprava mais barato de um caminhoneiro que vinha do Norte. As fofocas de dona Gertrudes, ao final das tardes agradáveis da cidade, naquela época, criaram, naturalmente, o que hoje nos círculos de negócios se chama networking, gerando conexões que trouxeram oportunidades e prosperidade à cidade. Assim, até uma grande hidrelétrica teve que ser construída, o que levou à criação de um lago artificial nas cercanias da cidade. Porém, nos últimos anos, Termópilas do Sul estagnou economicamente. Analistas especulam que a principal causa esteja relacionada à combinação das mudanças climáticas, sentidas pelo aumento da temperatura média da cidade nos últimos anos, com a elevação da umidade do ar, devido ao lago artificial. Essa combinação levou à aposentadoria de dona Gertrudes, que, agora, prefere ficar em sua casa junto ao agradável ar-condicionado. Diante do exposto, como, nesse caso, a Física pode explicar a desaceleração econômica da outrora próspera cidade?

A)A presença do lago artificial e, consequentemente, o aumento do efeito do calor específico da água fazem com que a redução da temperatura ambiente da cidade seja menor ao final da tarde do que era antes.
B)O teorema de Stevin explica que o aumento da pressão atmosférica faz com que o calor deixe de transitar da região de temperatura mais alta para as regiões vizinhas de temperaturas mais baixas.
C)O princípio de Pascal, que explica a ionização das moléculas de água e de gás oxigênio, criou o abafamento súbito pela interação coulombiana entre tais espécies químicas.
D)A combinação da primeira com a segunda lei de Newton explica o aquecimento do ar na cidade pelo atrito e pela ação e reação entre moléculas de gás oxigênio e de água.
E)A segunda lei da Termodinâmica explica que o ar realiza mais trabalho sobre os corpos estáticos do que gera calor e, por isso, fica mais abafado.
A
Resolução comentada

O enunciado compara o fim de tarde antes e depois da formação do lago. Nesse horário, a cidade começa a perder a energia térmica acumulada durante o dia. A questão pede qual propriedade da água ajuda a explicar uma queda de temperatura mais lenta.

A água tem calor específico elevado. Para uma massa \(m\) que troca calor sem mudar de estado físico, vale

$$|Q|=mc\,|\Delta T| \qquad\Rightarrow\qquad |\Delta T|=\frac{|Q|}{mc}.$$

Nessa relação, \(Q\) é medido em joules, \(m\) em quilogramas e \(c\) em \(\mathrm{J/(kg\,K)}\). Para uma mesma quantidade de energia perdida, uma massa de água com grande capacidade térmica \(mc\) sofre uma variação menor de temperatura.

Durante o dia, o lago armazena energia. Ao fim da tarde, sua água esfria gradualmente e pode ceder calor ao ar quando está mais quente que ele, moderando a queda da temperatura nas proximidades. A formação do lago aumenta a massa de água que participa dessas trocas e, com ela, a capacidade térmica. O calor específico da água é uma propriedade do material. A umidade elevada também pode aumentar a sensação de abafamento ao dificultar a evaporação do suor.

Alternativa A.