Física · FGV · 2025 | Questão sqc-fg120287

FísicaTermologia/Termometria

Código: fg120287
Banca: FGV
Órgão: SEEC-RN
Ano: 2025
Nível: Superior

Cargo: Professor de Física

Outra inovação tecnológica surgida na primeira metade do século XX, foi a utilização da refrigeração a ar em vez da refrigeração a água. Nos veículos cujos motores são refrigerados a água, são necessários dutos para colocar a água em contato com o motor aquecido e um radiador para resfriar a água que vai ser reutilizada para a refrigeração. Já na refrigeração a ar, o fluxo de ar ambiente, criado pelo próprio movimento do veículo, levado por aletas a entrar em contato com o motor, rouba calor ao passar por ele. Ora, o calor específico da água é 1,0 cal/goC, enquanto o do ar é 0,25 cal/goC.Assim sendo, para que ambos os sistemas de refrigeração tenham a mesma eficiência, isto é, provoquem o mesmo decréscimo na temperatura do motor durante o mesmo intervalo de tempo, a massa m de ar e a massa m’ de água utilizadas devem ser tais que

Am = 4. m′ .
Bm = 2. m′ .
Cm = m′ .
Dm = m′ / 2
Em = m ′ / 4

Revelar gabarito e comentário

GabaritoA — m = 4. m′ .

Comentário gerado por IA. É um apoio ao estudo, ancorado em fontes, mas pode conter imprecisões — confira sempre na fonte oficial (lei, súmula, edital e gabarito da banca). Encontrou um erro? Use “Reportar”.

Refrigeração a ar × refrigeração a água: calor sensível e massa

Gabarito: letra A. Para que os dois sistemas provoquem o mesmo decréscimo de temperatura do motor, a quantidade de calor retirada deve ser igual; como o calor sensível é $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$ , e o ar tem calor específico quatro vezes menor que o da água (0,25 contra 1,0 cal/g·°C), é preciso usar quatro vezes mais massa de ar — ou seja, $m = 4 \cdot m'$ .

A questão é uma aplicação direta da equação fundamental da calorimetria, $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$ , que descreve o calor sensível trocado por um corpo quando sua temperatura varia sem mudança de estado. O enunciado pede que os dois sistemas tenham a mesma eficiência, isto é, que retirem do motor a mesma quantidade de calor $Q$ no mesmo intervalo de tempo. Como a variação de temperatura do motor ( $\Delta T$ ) é a mesma nos dois casos, a igualdade de calor retirado se traduz em:

Q_{ar} = Q_{água} \Rightarrow m \cdot c_{ar} \cdot \Delta T = m' \cdot c_{água} \cdot \Delta T

Cancelando $\Delta T$ (que é comum aos dois lados), obtém-se:

m \cdot c_{ar} = m' \cdot c_{água}

Substituindo os calores específicos fornecidos — $c_{ar} = 0{,}25\ \text{cal/g·°C}$ e $c_{água} = 1{,}0\ \text{cal/g·°C}$ — vem:

m \cdot 0{,}25 = m' \cdot 1{,}0 \Rightarrow m = \frac{1{,}0}{0{,}25} \cdot m' = 4 \cdot m'

Portanto, a massa de ar deve ser o quádruplo da massa de água. A pegadinha clássica aqui é inverter a relação: como a água tem calor específico maior, ela é mais eficiente por unidade de massa — logo, precisa-se de menos água do que ar para extrair o mesmo calor. Quem responde pela intuição de que "ar é mais leve, então precisa de menos massa" cai justamente na alternativa E.

1Igualar Q retirado
2Q = m·c·ΔT
3Cancelar ΔT
4m·c_ar = m'·c_água
5m = 4·m'

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Critério	Refrigeração a ar	Refrigeração a água
Calor específico do fluido	0,25 cal/g·°C	1,0 cal/g·°C
Massa necessária para mesmo Q	$m = 4 \cdot m'$ (4× maior)	( m' ) (referência)
Eficiência por unidade de massa	Menor (precisa mais massa)	Maior (precisa menos massa)
Relação massa × calor específico	Inversamente proporcional	Inversamente proporcional

Alternativa A — ✅ Correta ⟵ GABARITO

É exatamente o resultado da igualdade $m \cdot c_{ar} = m' \cdot c_{água}$ : como $c_{água} = 4 \cdot c_{ar}$ , a massa de ar precisa ser $m = 4 \cdot m'$ . A alternativa espelha a relação inversa entre massa e calor específico para um mesmo calor retirado.

Alternativa B — ❌ Incorreta

Afirma que $m = 2 \cdot m'$ . Esse fator 2 não corresponde a nenhuma relação entre os calores específicos (que é 4, não 2). O candidato que erra aqui provavelmente confundiu a razão dos calores específicos com uma simples "dobra" de massa, sem fazer a conta.

Alternativa C — ❌ Incorreta

Afirma que $m = m'$ , ou seja, massas iguais. Isso só seria verdade se os calores específicos fossem iguais, o que não é o caso: o ar tem calor específico quatro vezes menor, então massas iguais retirariam quantidades de calor diferentes (a água retiraria 4 vezes mais).

Alternativa D — ❌ Incorreta

Afirma que $m = m'/2$ , ou seja, que a massa de ar seria a metade da massa de água. Isso contraria a física: como o ar é menos eficiente por unidade de massa, seria preciso mais ar, não menos. O erro aqui é inverter o sentido da relação.

Alternativa E — ❌ Incorreta

Afirma que $m = m'/4$ , ou seja, que a massa de ar seria um quarto da massa de água. É a inversão exata do resultado correto — o candidato que marca esta opção provavelmente raciocinou: "o ar tem calor específico 4 vezes menor, então preciso de 4 vezes menos massa", o que está errado. Menor calor específico exige mais massa para compensar.

NÃO CAIA NESSA!

A banca explora a inversão da proporcionalidade. Como o calor específico do ar é menor, muitos candidatos concluem que basta menos ar — mas é o contrário: quanto menor o calor específico, maior a massa necessária para extrair a mesma quantidade de calor. A relação é inversamente proporcional: $m \propto 1/c$ . Guarde isso e a conta sai direto.

PEGA ESSA DICA!

Na hora da prova, monte a igualdade $m \cdot c_{ar} = m' \cdot c_{água}$ e substitua os calores específicos. Se a questão der os valores, a conta é imediata — não precisa decorar fórmula nova, só aplicar a calorimetria básica. E desconfie sempre de alternativas que invertem a proporção: confira se a massa maior está associada ao fluido de menor calor específico.

Gabarito: letra A

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