PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 12 (1º semestre · 1º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2012
O artefato conhecido como “lâmpada de lava” é feito utilizando-se uma mistura de álcool, água e óleo, conforme o esquema abaixo.
Quando se liga a lâmpada, que é a fonte de aquecimento, ocorre um fluxo ascendente e descendente das gotas de óleo no interior da mistura. Considerando-se a variação da densidade do óleo com a mudança de temperatura no interior do frasco, explique como acontece o movimento das gotas do óleo. (5,0 pontos)
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Resolução comentada
a) A mistura água/etanol tem densidade entre 0{,}78 e 1{,}00\ \text{g/mL}. Ela é ajustada para ficar um pouco acima da densidade do óleo (0{,}90\ \text{g/mL}) quando o sistema está frio. O óleo é imiscível nessa mistura e forma gotas.
- Lâmpada desligada (frio): d_{\text{óleo}} > d_{\text{mistura}} nas condições do fundo. As gotas ficam depositadas no fundo do frasco, sobre a região da lâmpada.
- Lâmpada ligada: o óleo do fundo é aquecido e se dilata. Sua massa é a mesma e seu volume aumenta, então sua densidade diminui (d = m/V). A gota fica menos densa que o líquido ao redor e sobe (empuxo maior que o peso).
- Na subida: longe da fonte de calor, a gota perde calor para o líquido mais frio, se contrai e sua densidade volta a aumentar.
- No topo: a gota resfriada fica mais densa que a mistura ao redor e desce até o fundo. Lá ela é aquecida de novo e o ciclo se repete.
O movimento contínuo ocorre, portanto, porque a densidade do óleo varia com a temperatura (convecção): óleo quente, menos denso, sobe; óleo frio, mais denso, desce.
As gotas de óleo aquecidas se dilatam, ficam menos densas que a mistura e sobem. No alto, esfriam, ficam mais densas e descem, repetindo o ciclo.
Assunto: Propriedades da matéria e densidade.
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Fonte: UFG 2ª etapa 2012 · 1º semestre · 1º dia · Grupo 1. Prova oficial ↗