Física II Beatriz Domingues Lodi Heloisa Caes Lahr Jéssica Claro

Física II
Beatriz Domingues Lodi
Heloisa Caes Lahr
Jéssica Claro Pereira
Exercício 19.11: Um automóvel de 1400 kg, trafegando a 80 km/h, é freado até parar. Qual deve ser a massa do tambor
de aço dos freios para que a sua temperatura não aumente mais que 120°C? O calor específico do aço do tambor é de
0,11 cal/g*K.
Resolução:
Para resolver esse exercício utilizamos os conceitos básicos de calor e da primeira lei da termodinâmica. É
chamada de calor a energia transferida de um sistema para o outro como consequência de diferença de temperatura
entre ambos. Sendo a temperatura a medida da energia cinética das partículas em cada sistema analisado.
Quando um corpo recebe ou perde calor, portanto, é possível observar uma mudança de temperatura. A
quantidade de calor, ou seja, sua energia térmica é dada pela fórmula seguinte:
(
)
ou joule
Q = Energia térmica necessária para elevar a temperatura de um corpo.
m = massa do corpo
c = calor específico
= variação de temperatura
O calor específico de um corpo é característica do material que compõe o mesmo e se define como sendo a
capacidade calorífica da unidade de massa da substância do corpo estudado.
No sistema onde um carro freia temos uma transformação de energia, de cinética para térmica, o que
ocasionou uma variação de temperatura no tambor de aço dos freios. Como se trata de uma situação ideal sem perda
de energia, é possível afirmar que toda a energia cinética do veículo foi convertida em quantidade de calor.
Esquema:
Dados: Massa do carro = 1400 kg
Velocidade do carro = 80 km/h = 22,2 m/s
Variação de temperatura = 120°C = 120K
Calor específico do aço = 0,11 cal/gK
1 – Primeiramente deve-se calcular a energia cinética do carro até o momento de sua parada total:
(
) (
)
( )
2 – Após calcular a energia cinética do carro deve-se realizar a conversão de kJ para kcal uma vez que o calor específico
do metal está na unidade cal/gK:
Informação: uma caloria corresponde a 4,184 joules.
3 – Por fim devemos utilizar a equação que relaciona a quantidade de energia com o calor específico do material. Além
disso, sabe-se que a variação de temperatura na escala Celsius corresponde à mesma variação de temperatura na escala
Kelvin, não sendo necessária a conversão. Portanto:
(
(
)
)
( )
Resposta: A massa do tambor de aço deve ser de 6,26 kg para que a temperatura não aumente mais que 120°C.
Bibliografia: TIPLER, P.A. Física: mecânica, oscilações e ondas, termodinâmica, Volume 1 , 6ª edição, capítulo 15, página
527.