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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 17 (Física) do ITA 2013

Física · Física: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica

Texto-base das questões 01 a 20 · Física

do próton = 1{,}7 \times 10^{-27}\text{ kg}, aceleração da gravidade g = 10\text{ m/s}^2 , 1\text{ atm} = 76\text{ cm Hg}, velocidade da luz no vácuo c = 3 \times 10^8\text{ m/s}.

Diferentemente da dinâmica newtoniana, que não distingue passado e futuro, a direção temporal tem papel marcante no nosso dia-a-dia. Assim, por exemplo, ao aquecer uma parte de um corpo macroscópico e o isolarmos termicamente, a temperatura deste se torna gradualmente uniforme, jamais se observando o contrário, o que indica a direcionalidade do tempo. Diz-se então que os processos macroscópicos são irreversíveis, evoluem do passado para o futuro e exibem o que o famoso cosmólogo Sir Arthur Eddington denominou de seta do tempo. A lei física que melhor traduz o tema do texto é

  1. A
    a segunda lei de Newton.
  2. B
    a lei de conservação da energia.
  3. C
    a segunda lei da termodinâmica.
  4. D
    a lei zero do termodinâmica.
  5. E
    a lei de conservação da quantidade de movimento.
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Resolução comentada

O texto fala de processos que ocorrem em um só sentido no tempo: um corpo com uma parte aquecida e isolado termicamente tem a temperatura uniformizada aos poucos, e nunca se vê o processo inverso. Isso é a irreversibilidade dos processos macroscópicos, a chamada "seta do tempo".

Veja o que cada lei diz:

  1. A dinâmica newtoniana (segunda lei de Newton) é simétrica no tempo. O próprio texto afirma que ela não distingue passado e futuro, então não pode ser a resposta.
  2. A conservação da energia (primeira lei da termodinâmica) vale nos dois sentidos. Se o calor fluísse espontaneamente do frio para o quente, a energia continuaria conservada, e mesmo assim isso nunca acontece. Ela não explica a direção.
  3. A lei zero trata do equilíbrio térmico e da definição de temperatura, sem falar em sentido de processos.
  4. A conservação da quantidade de movimento também é simétrica no tempo.
  5. A segunda lei da termodinâmica diz que o calor flui espontaneamente do corpo quente para o frio e que a entropia de um sistema isolado nunca diminui. É ela que dá o sentido único dos processos, como a uniformização da temperatura descrita no texto.

Portanto, a lei que traduz a seta do tempo é a segunda lei da termodinâmica.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA mecânica newtoniana é simétrica no tempo, como o próprio texto afirma, e não distingue passado de futuro.
  • BA conservação da energia vale nos dois sentidos e não impede o calor de ir do frio para o quente, então não explica a direção dos processos.
  • DA lei zero trata de equilíbrio térmico e da definição de temperatura, não do sentido dos processos.
  • EA conservação da quantidade de movimento também é simétrica no tempo e não impõe direção a processos térmicos.

Assunto: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica.

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Fonte: ITA 2013 · Física. Prova oficial ↗