Ano 2023#termodinamica#calor#energia-cinetica#fusao

Sobre o tema

A termodinâmica aplicada a impactos mecânicos é um tópico importante em concursos como o IME. Nesta questão, um projétil de chumbo a 175°C colide com uma parede, e 25% de sua energia cinética é convertida em energia interna, elevando sua temperatura até o ponto de fusão (327°C) e derretendo-o completamente. O problema envolve o cálculo da velocidade inicial a partir do balanço energético, combinando calor sensível (para aquecer o chumbo até a fusão) e calor latente (para fundi-lo). Conceitos de conservação de energia, calor específico e calor latente são essenciais para a resolução. A resposta correta é 600 m/s, obtida igualando a parcela da energia cinética convertida à energia térmica necessária.

Tópicos relacionados

  • Calor sensível e calor latente
  • Conservação de energia em impactos
  • Conversão de energia cinética em térmica
  • Termodinâmica de mudanças de fase
  • Propriedades térmicas do chumbo

Enunciado

Um projetil de chumbo esta a uma temperatura de 175 graus Celsius quando atinge uma parede e nela se aloja. Considere que 25% da energia cinetica do projetil imediatamente antes da colisao permaneca nele como energia interna. Dados: calor especifico do chumbo: 125 J/(kg.grau Celsius); temperatura de fusao do chumbo: 327 graus Celsius; calor latente de fusao do chumbo: 26.000 J/kg. Se a energia interna que permanece apos o projetil atingir a parede e justamente a minima para que ocorra a fusao total do chumbo, a velocidade do projetil imediatamente antes da colisao, em m/s, e:

Alternativas

  • A)

    30

  • B)

    150

  • C)

    400

  • D)

    450

  • E)

    600

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Perguntas frequentes

O que é calor sensível e calor latente?

Calor sensível é a energia térmica que causa variação de temperatura sem mudança de fase. Calor latente é a energia necessária para mudar de fase (como fusão ou vaporização) a temperatura constante.

Como a energia cinética se relaciona com a energia interna em uma colisão?

Em colisões inelásticas, parte da energia cinética é convertida em energia interna (térmica) do corpo. Neste problema, 25% da energia cinética inicial permanece como energia interna.

Qual a fórmula para calcular a energia necessária para fundir um material?

A energia total é a soma do calor sensível (m c ΔT) para elevar a temperatura até o ponto de fusão, mais o calor latente (m * L) para fundir o material a temperatura constante.

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