Um ônibus de massa m = 1500 kg reduz a velocidade de v = 20,0 m/s até parar, convertendo energia cinética em…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um ônibus de massa m = 1500 kg reduz a velocidade de v = 20,0 m/s até parar, convertendo energia cinética em calor nas pastilhas de freio. Se a massa total do conjunto de freios é m_b = 12 kg e o calor específico é c = 480 J/(kg·K), calcule a elevação de temperatura ?T assumindo que toda a energia cinética é absorvida pelos freios (?E = ½mv² = m_b c ?T).
- A) A elevação de temperatura é maior se a massa dos freios for menor.
- B) O calor específico dos freios é 1200 J/(kg·K) em vez de 480 J/(kg·K).
- C) A energia cinética é calculada como E = m·g·h para um ônibus em movimento.
- D) O cálculo da energia cinética deve considerar a aceleração do ônibus antes da parada.
- E) ?T ˜ 52 °C (aprox.).
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Identifique os dados. Massa do ônibus m = 1500 kg, velocidade inicial v = 20,0 m/s, massa do conjunto de freios m_b = 12 kg e calor específico c = 480 J/(kg·K). A variação de temperatura é delta T, que o enunciado escreve com um símbolo corrompido. Pelo contexto, trata-se de delta T. Passo 2: Calcule a energia cinética do ônibus. E = (1/2) x m x v^2 = (1/2) x 1500 x 20,0^2 = 750 x 400 = 300000 J. Passo 3: Iguale a energia absorvida pelos freios ao calor sensível: E = m_b x c x delta T. Assim, delta T = E / (m_b x c) = 300000 / (12 x 480) = 300000 / 5760 = 52,08 K. Passo 4: Interprete o resultado. Uma variação de 52 K corresponde a uma variação de 52 °C, pois a escala Celsius e a Kelvin têm o mesmo tamanho de grau. Logo, a alternativa E está correta e coincide com o gabarito oficial. Passo 5: Por que as outras estão erradas. A: a afirmação é qualitativamente verdadeira, pois delta T é inversamente proporcional a m_b, mas não responde ao valor pedido. B: o valor 1200 J/(kg·K) não aparece no enunciado, que dá c = 480 J/(kg·K). C: E = m·g·h é a energia potencial gravitacional, não a cinética, que depende de m e v^2. D: a energia cinética depende apenas da massa e da velocidade, e a aceleração não entra na fórmula.
💡 Dica: Calcule a energia cinética e iguale à equação do calor.
Alternativa por alternativa
O aluno pode ter percebido que a elevação de temperatura diminui quando a massa dos freios aumenta e tomou essa relação qualitativa como resposta à questão, sem calcular o valor de delta T.
Por que engana: Confundir a relação entre a massa dos freios e a elevação de temperatura, acreditando que uma massa maior sempre resulta em maior temperatura.
O aluno provavelmente leu mal o enunciado ou trocou os valores do calor específico, usando 1200 J/(kg·K) no lugar de 480 J/(kg·K), que é o dado correto.
O aluno confundiu energia cinética com energia potencial gravitacional, aplicando E = m·g·h a um corpo em movimento horizontal, onde não há altura envolvida.
O aluno acredita que a energia cinética depende da aceleração do veículo durante a frenagem, quando ela depende apenas da massa e do quadrado da velocidade no instante considerado.
?E = ½·1500·20² = 300000 J. ?T = ?E/(m_b·c)=300000/(12·480)=300000/5760˜52,1 K ˜ 52 °C.
Raio-X da questão
energia cinética e calor
avaliacao
energia cinética · calor específico
Revisar a conversão de energia e a equação do calor.
Confundir a relação entre a massa dos freios e a elevação de temperatura, acreditando que uma massa maior sempre resulta em maior temperatura.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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