Question

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:

(A) 2,1
(B) 4,2
(C) 8,4
(D) 16,8

Answer 1

Energia em forma de calor para aquecer a água:
Q=m*c*(Tf-Ti)=100*1*2=200cal=840J
A variação da energia cinética do corpo, considerando conservação de energia, toda a energia potencial será convertida em cinética:
Ec=Ep
840J=m*g*h=10*10*h
h=8,4m

Answer 2

A altura será de 8,4 metros.

Para calcularmos a quantidade de calor capaz de variar a temperatura da água em 2°C, devemos utilizar a fórmula do calor sensível que segue abaixo -

Q = m·c·Δt

onde,

m = massa (gramas)

c = calor específico

Δt = variação da temperatura

Substituindo os valores da questão-

Q = 100·1·2

Q = 200 cal

Para transformar calorias em joules -

1 cal --------------------------- 4,2 joules

200 cal ----------------------- x

x = 840 joules

Essa deve ser a energia cinética capaz de variar a temperatura da água em dois graus Celsius, considerando que não houve perda de calor.

Essa energia cinética corresponde, segundo a questão, à energia potencial gravitacional de um corpo de 10 kg que cai de uma altura -

Ec = Epg    ⇒   Epg = m·g·h

840 = m·g·h

840 = 10·10·h

h = 8,4 metros