Questão 46 do ENEM 2011

Question

Partículas suspensas em um fluido apresentam contínua movimentação aleatória, chamado movimento browniano, causado pelos choques das partículas que compõem o fluido. A ideia de um inventor era construir uma série de palhetas, montadas sobre um eixo, que seriam postas em movimento pela agitação das partículas ao seu redor. Como o movimento ocorreria igualmente em ambos os sentidos de rotação, o cientista concebeu um segundo elemento, um dente de engrenagem assimétrico. Assim, em escala muito pequena, este tipo de motor poderia executar trabalho, por exemplo, puxando um pequeno peso para cima. O esquema, que já foi testado, é mostrado a seguir.

Esquema de um motor molecular hipotético (catraca browniana): à esquerda, uma engrenagem com dentes assimétricos e uma trava flexível; ao centro do eixo, uma polia onde está enrolado um fio que suspende um peso esférico; à direita, quatro palhetas planas montadas no mesmo eixo.

Inovação Tecnológica. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 22 jul. 2010 (adaptado).

A explicação para a necessidade do uso da engrenagem com trava é:

A
O travamento do motor, para que ele não se solte aleatoriamente.
B
A seleção da velocidade, controlada pela pressão nos dentes da engrenagem.
C
O controle do sentido da velocidade tangencial, permitindo, inclusive, uma fácil leitura do seu valor.
D
A determinação do movimento, devido ao caráter aleatório, cuja tendência é o equilíbrio.
E
A escolha do ângulo a ser girado, sendo possível, inclusive, medi-lo pelo número de dentes da engrenagem.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 46 do ENEM 2011

1º dia · Ciências da Natureza · H18 · Física: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica

Partículas suspensas em um fluido apresentam contínua movimentação aleatória, chamado movimento browniano, causado pelos choques das partículas que compõem o fluido. A ideia de um inventor era construir uma série de palhetas, montadas sobre um eixo, que seriam postas em movimento pela agitação das partículas ao seu redor. Como o movimento ocorreria igualmente em ambos os sentidos de rotação, o cientista concebeu um segundo elemento, um dente de engrenagem assimétrico. Assim, em escala muito pequena, este tipo de motor poderia executar trabalho, por exemplo, puxando um pequeno peso para cima. O esquema, que já foi testado, é mostrado a seguir.

Esquema de um motor molecular hipotético (catraca browniana): à esquerda, uma engrenagem com dentes assimétricos e uma trava flexível; ao centro do eixo, uma polia onde está enrolado um fio que suspende um peso esférico; à direita, quatro palhetas planas montadas no mesmo eixo.

Inovação Tecnológica. Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 22 jul. 2010 (adaptado).

A explicação para a necessidade do uso da engrenagem com trava é:

A
O travamento do motor, para que ele não se solte aleatoriamente.
B
A seleção da velocidade, controlada pela pressão nos dentes da engrenagem.
C
O controle do sentido da velocidade tangencial, permitindo, inclusive, uma fácil leitura do seu valor.
D
A determinação do movimento, devido ao caráter aleatório, cuja tendência é o equilíbrio.
E
A escolha do ângulo a ser girado, sendo possível, inclusive, medi-lo pelo número de dentes da engrenagem.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

O movimento browniano é aleatório: as moléculas do fluido batem nas palhetas de todos os lados, com a mesma probabilidade. Por isso, sem nenhum outro elemento, o eixo giraria ora para um sentido, ora para o outro. A média desses giros seria nula, e o peso não subiria, pois a tendência é o equilíbrio.

A engrenagem de dentes assimétricos com trava funciona como uma catraca:

Girando em um sentido, a trava desliza pela parte inclinada do dente e o eixo avança.
Girando no sentido oposto, a trava encosta na face reta do dente e impede o movimento.
Assim, só os giros do sentido permitido se acumulam, e o eixo passa a ter um sentido preferencial de rotação.
Esse giro enrola o fio na polia e puxa o peso para cima, realizando trabalho.

A função da trava, portanto, é dar direção a um movimento que, por ser aleatório, tenderia ao equilíbrio e a nenhum movimento resultante. Isso corresponde à alternativa D.

As demais atribuem à engrenagem funções que ela não tem, como soltar o motor, selecionar a velocidade, permitir leituras ou medir ângulos.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

Aa trava não impede que o motor se solte; ela impede o giro no sentido contrário e assim rende o movimento útil.
Ba engrenagem não seleciona velocidade; a pressão nos dentes não é o que ela controla.
Ca trava restringe o sentido do giro, mas não serve para ler a velocidade tangencial.
Emedir o ângulo pelos dentes não é a função da trava, que serve para retificar o movimento aleatório.

Assunto: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica.

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