Experimento de Joule

A figura representa um arranjo experimental similar àquele utilizado por Joule para demonstrar que é necessário transformar aproximadamente 4,2J de energia mecânica para se obter 1cal. Deixando- se cair um corpo de peso 50,0N, 20 vezes, de uma determinada altura, um sistema de pás entra rotação, agitando 1,0kg de água contida no recipiente isolado termicamente, variando a temperatura da água de 1,5ºC. Desprezando-se os efeitos de forças dissipativas, a capacidade térmica do recipiente e sabendo-se que o corpo cai com velocidade praticamente constante e que o calor específico da água é de 1,0cal/g é, correto afirmar que a altura inicial do corpo é igual, em m, a:
1) 6,3 03) 10,0 05) 15,0
02) 8,0 04) 13,0

Gabarito: 1)


*A figura é desnecessaria, só mostra um calorímetro e dois pesos, não há nenhuma informação nela.*

Calcule, inicialmente, a quantidade de energia necessária para variar a temperatura de 1,0 kg de água:

Q = m.c.∆θ -> Q = 1000.1.1,5 = 1500 cal = 6300 J.

Essa energia é obtida através da energia potencial que o corpo possui antes de cada queda (lembrando que ele cai 20 vezes):

Q = 20. mgh = Ph = 20.50.h = 1000h.

Se Q = 6300 J, h = 6300/1000 = 6,3 m