Ano 2021#termodinamica#calorimetria#calor de vaporizacao#eficiencia energetica#fase2#discursiva

Sobre o tema

A termodinâmica aplicada ao corpo humano é essencial para entender como o organismo regula a temperatura durante atividades físicas. Em exercícios como a corrida, o trabalho mecânico realizado pelos músculos é apenas uma fração da energia total consumida; o restante é dissipado como calor. Para evitar hipertermia, o corpo utiliza mecanismos como a evaporação do suor, que consome energia na forma de calor latente de vaporização. Este problema do ITA 2021 aborda justamente esse balanço energético: calcula-se o trabalho total dispendido por um maratonista e, considerando a eficiência do exercício, determina-se o volume de água necessário para manter a temperatura corporal constante. Conceitos de calorimetria, eficiência energética e calor de vaporização são fundamentais para a resolução.

Tópicos relacionados

Calor latente de vaporização da água
Eficiência energética do exercício
Trabalho mecânico e energia metabólica
Balanço térmico do corpo humano
Conversão de unidades de energia

Enunciado

Um maratonista de 80 kg corre meia hora, em local protegido do Sol, mantendo velocidade constante de 20 km/h. O trabalho exigido pelo exercicio, por unidade de massa e distancia, e de 0,60 kcal/(kg.km). Desconsiderando o efeito de ganho ou perda de calor por radiacao de corpo negro, faca o que se pede, levando em conta que 1,0 cal = 4,2 J.
(a) Calcule o trabalho total dispendido, em kJ, no exercicio.
(b) Define-se a eficiencia do exercicio como a razao entre o trabalho realizado e o custo metabolico total do exercicio, que e a energia total consumida pelo organismo. Considerando que a eficiencia da corrida descrita e de 60%, calcule o volume de agua que precisa ser evaporado para manter constante a temperatura do corpo do atleta.

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Perguntas frequentes

O que é calor latente de vaporização?

É a quantidade de energia necessária para transformar uma massa de líquido em vapor, sem variação de temperatura. Para a água, vale cerca de 540 cal/g ou 2260 J/g.

Como o corpo humano dissipa calor durante o exercício?

Principalmente por evaporação do suor na pele, que consome calor latente. Outros mecanismos são convecção, condução e radiação, mas em ambiente protegido do Sol, a evaporação é dominante.

O que significa eficiência do exercício?

É a razão entre o trabalho mecânico realizado e a energia total gasta pelo organismo. Os músculos têm eficiência típica de 20-25%; o restante vira calor.