Física - Semana 167

Escrito por Alex de Sousa e Paulo Henrique

Iniciante

O Calor nos Aproxima ou nos Afasta?

Daniel é um ávido leitor que adora ler livros de romance. Em muitos desses livros ele vê o calor entre 2 pessoas como sendo algo importante na história que altera as relações dos protagonistas. Ele quer investigar isso na física e para esse fim ele decide adquirir 2 esferas de aço de raio $R$ e decide fazer um experimento com elas: ele deixa uma suspensa e outra no chão, conforme a figura, e fornece a mesma quantidade de calor $Q$ para as 2.

Sabendo que o coeficiente de dilatação térmico linear do aço vale $\gamma$ e o calor específico vale $c$, diga se após o aquecimento as bolas se afastam ou se aproximam, e o quanto se afastam ou aproximam. Você pode desconsiderar os efeitos da gravidade, mas vale a pena pensar como a gravidade influenciaria nesse experimento!

Intermediário

Termômetro de Gramado

O aluno Matheus Felipe Destino foi com sua família a um dos pontos turísticos mais famosos do Sul brasileiro,  a cidade de Gramado no Rio Grande do Sul! A cidade possui um aspecto muito diferente, parecendo muito uma cidade europeia no Brasil, e por ter um clima seco, a amplitude térmica diária é muito grande, podendo no verão oscilar entre $5 \, ^\circ \textrm{C}$ e $40 \, ^\circ \textrm{C}$.

Ele quer levar algo de recordação e decide comprar um termômetro com inscrições do local e o nome da cidade. Mas ele percebe um problema com sua lembrança, quando a temperatura registrada de onde ele está é $5 \, ^\circ \textrm{C}$ o termômetro aponta $10 \, ^\circ \textrm{C}$, e quando a registrada aponta $45 \, ^\circ \textrm{C}$ ele mostra $30 \, ^\circ \textrm{C}$. Calcule a temperatura que o termômetro consegue mostrar corretamente.

Avançado

Equipe NOIC em São Paulo

Zóidegato passava suas férias em São Paulo quando, por falta de atenção, cai na armadilha do Goblin e é preso dentro de uma casa com um tubo horizontal de secção reta constante permitindo a ventilação do interior a partir do ar externo. Como está um dia muito frio para os padrões cearenses de Zóidegato, ele se encontra em apuros!

a) Nesta questão, trataremos o ar como um fluido incompressível com viscosidade nula. Assuma que não ocorre nenhuma troca de calor. Supondo que o seu fluxo ao longo do tubo seja estacionário, determine, a partir da conservação de energia, uma quantidade que seja constante ao longo do tubo. Deixe sua resposta em termos da pressão $p$, temperatura $T$, velocidade $v$ e altura $z$ do gás em determinado ponto, de sua densidade $\rho$ e sua capacidade térmica por unidade de massa a volume constante $c_v$.

b) Sabendo que a temperatura do ar exterior num ponto muito distante do tubo mas à mesma altura que ele é igual a $T_2$ e que a temperatura interior é $T_1$, encontre uma expressão para a velocidade $v$ do ar que entra na casa.

Dica: Você pode utilizar que a taxa de momento linear que passa por unidade de tempo através de uma área $A$ provocada por um fluido de velocidade $v$ e densidade $\rho$ é $\dfrac{\Delta p}{\Delta t}=\rho \, v^2 \, A$

c) Dado que $T_1=300\,\textrm{K}$, $T_2=280\,\textrm{K}$ e $c_v=750\,\textrm{J} \cdot \textrm{K}^{-1}$ nesse intervalo de temperaturas, encontre o valor de $v$ em $\textrm{m} \cdot \textrm{s}^{-1}$.