Em um experimento que recebeu seu nome, James Joule determinou o equivalente mecânico do calor: 1 cal = 4,2 J…

Questão

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: (UERJ 2016)

1. A) 2,1
2. B) 4,2
3. C) 8,4
4. D) 16,8

✅ Resposta correta: alternativa C

Resolução passo a passo

1. Calcule a quantidade de calor. Para 100 g de água com variação de 2 ºC, usa-se Q = m c ΔT. Como o calor específico da água é 1 cal/(g·ºC), Q = 100 × 1 × 2 = 200 cal. Passo 2: Converta para joules usando 1 cal = 4,2 J: Q = 200 × 4,2 = 840 J. Passo 3: Essa energia corresponde à variação da energia cinética do corpo de 10 kg em queda livre, que é igual ao trabalho do peso, ou seja, m g h. Passo 4: Adote g = 10 m/s² (valor usado no enunciado da prova) e iguale: 10 × 10 × h = 840, logo h = 840 / 100 = 8,4 m. Passo 5: Conclusão: a alternativa correta é a C, que coincide com o gabarito oficial. Por que as outras estão erradas: a A (2,1 m) resulta de uma energia menor que a correta, por erro na conversão ou no cálculo da energia; a B (4,2 m) usa apenas o valor de 1 cal em joules, sem considerar a massa e a variação de temperatura; a D (16,8 m) resulta de uma energia dobrada em relação à correta, por erro de cálculo ou de multiplicação.

💡 Dica: Calcule o calor absorvido pela água e iguale à energia potencial do corpo para encontrar a altura.

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Raio-X da questão

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