Question

Para chegar ao equivalente mecânico do calor, James Prescott Joule realizou, entre uma série de experiências, a que ficou conhecida como experiência de Joule para o equivalente mecânico do calor. Com experiências mais cuidadosas, chegou-se, posteriormente, a um valor mais exato dessa equivalência, a de que 1 cal ~= 4.2 J. Numa experiência análoga à de Joule, um corpo de 40,0 Kg cai de uma altura de 2,0 m e faz girar um conjunto de paletas, que agitam 1,0 litro de água. Calcule o aumento da temperatura da água.
Dados: considere g = 10 m/s², p(água)=1,0 kg/L e c(água)= 1 cal/g °C.

Answer 1

Boa tarde.
Vamos lá.

Resolução.
Primeiramente, vamos calcular a Epg (energia potencial gravitacional).

Epg = mgh       

Onde:
m é a massa [kg];
g é a aceleração da gravidade [m/s^2];
h é a altura [m].

1 cal = 4,2J
Epg =??
Epg = 40x10x2 = 800 J = 800 / 4,2 ≈ 190 cal

O valor encontrado para a Epg será equivalente a quantidade de calor (Q), responsável pelo aumento de temperatura na água.

Q = mcΔt 

Onde:
Q: quantidade de calor
m: massa da substância
c: calor específico
Δt: variação de temperatura (Tf - Ti)

m = 1kg = 1000g
Δt = Q / mc
Δt = 190 / 1000 x 1
∴ Δt = 0,19 ºC

Espero ter ajudado.