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Física

ITA 2007 Física — Questão 9

Um corpo indeformável em repouso é atingido por um projétil metálico com a velocidade de 300 m/s e a temperatura de 0 °C. Sabe-se que, devido ao impacto, 1/3 da energia cinética é absorvida pelo corpo e o restante transforma-se em calor, fundindo parcialmente o projétil. O metal tem ponto de fusão tf=300 ∘Ct_f = 300\ \mathrm{^\circ C}, calor específico c=0,02 cal/g ∘Cc = 0{,}02\ \mathrm{cal/g\,^\circ C} e calor latente de fusão Lf=6 cal/gL_f = 6\ \mathrm{cal/g}. Considerando 1 cal≅4 J1\ \mathrm{cal} \cong 4\ \mathrm{J}, a fração x da massa total do projétil metálico que se funde é tal que

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Só quero ver o gabarito

Gabarito do ITA 2007 Física, questão 9: alternativa B

x=0,25x = 0{,}25.

O que a questão pede

Aqui o ITA quer ver se você monta o balanço de energia por grama e lembra que o projétil precisa chegar a 300 °C antes de começar a fundir.

Por onde começar · passo 1 de 4

Calcule a energia cinética por grama

Se a massa vai se cancelar, quanto vale a energia cinética por unidade de massa a 300 m/s?

Com Ec=12mv2E_c = \frac{1}{2}mv^2, por quilograma: 30022=45 000\frac{300^2}{2} = 45\,000 J/kg, ou seja, 4545 J/g. Trabalhar por grama é natural porque cc e LfL_f estão em cal/g.

A armadilha

Quem joga toda a energia térmica direto na fusão (esquecendo o aquecimento de 0 °C a 300 °C) acha x > 1, absurdo, e chuta E; quem usa a energia cinética inteira, sem tirar o 1/3 absorvido pelo corpo, acha x ≈ 0,875 e também marca E.

Quem cai nela marca E, C.

0cal por grama de projétil2cal por grama de projétil4cal por grama de projétil6cal por grama de projétil8cal por grama de projétil10cal por grama de projétil11,253,7561,5
Ec total
absorvida pelo corpo
aquecer 0→300 °C
fundir (sobra)
Orçamento de energia por grama: das 11,25 cal/g, 3,75 vão para o corpo, 6 aquecem o metal e só 1,5 sobram para fundir.

Na resolução completa vêm os outros 3 passos, o motivo de cada alternativa estar certa ou errada.

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