18 .( Enem 2022) Estudos apontam que o meteorito que atingiu o céu da Rússia em fevereiro de 2013 liberou uma energia equivalente a 500 quilotoneladas de TNT (trinitrotolueno), cerca de 30 vezes mais forte que a bomba atômica lançada pelos Estados Unidos em Hiroshima, no Japão, em 1945. Os cálculos estimam que o meteorito estava a 19 quilômetros por segundo no momento em que atingiu a atmosfera e que seu brilho era 30 vezes mais intenso do que o brilho do Sol. A energia liberada pelo meteorito ao entrar na atmosfera terrestre é proveniente, principalmente,
A) da queima de combustíveis contidos no meteorito.
B) de reações nucleares semelhantes às que ocorrem no Sol.
C) da energia cinética associada à grande velocidade do meteorito.
D) de reações semelhantes às que ocorrem em explosões nucleares.
E) da queima da grande quantidade de trinitrotolueno presente no meteorito.

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações e pede que escolhamos a origem principal da energia liberada pelo meteorito:
  • Energia equivalente a 500 quilotoneladas de TNT (ou seja, liberou energia correspondente a 500 kt de TNT).
  • Velocidade do meteorito ao entrar na atmosfera: 19 quilômetros por segundo.
  • Brilho observado era 30 vezes o brilho do Sol.
    A pergunta é: a energia liberada é proveniente, principalmente, de qual das alternativas (A), (B), (C), (D) ou (E)?

Passo 2

Primeira ideia: entender se a energia poderia vir de combustíveis ou TNT contidos no meteorito (alternativas A e E).
  • Informação útil: 1 quilotona de TNT corresponde a 4{,}184\times10^{12}\\ \mathrm{J}. Logo, 500 quilotoneladas correspondem a
E = 500 \times 4{,}184\times10^{12}\\ \mathrm{J} = 2{,}092\times10^{15}\\ \mathrm{J}.
  • Energia específica do TNT: 1\\ \mathrm{kg} de TNT libera aproximadamente 4{,}184\times10^{6}\\ \mathrm{J}.
  • Se quiséssemos obter E por queima/explosão de TNT contido no meteorito, a massa de TNT necessária seria
m_{\text{TNT}}=\frac{E}{4{,}184\times10^{6}}\\ \mathrm{kg} =\frac{2{,}092\times10^{15}}{4{,}184\times10^{6}}\\ \mathrm{kg}=5{,}00\times10^{8}\\ \mathrm{kg},
ou seja, cerca de 5{,}00\times10^{8}\\ \mathrm{kg} (500 milhões de kg = 500 mil toneladas).
  • Conclusão deste passo: é totalmente improvável que um meteorito carregasse essa enorme quantidade de TNT ou combustíveis químicos; portanto A e E são descartáveis como explicação principal.

Passo 3

Agora analiso se a energia poderia vir de reações nucleares (alternativas B e D).
  • Reações nucleares parecidas com as do Sol (fusão) exigem condições de temperatura, pressão e massa gigantescas — o núcleo do Sol tem milhões de graus e enorme pressão para que fusão ocorra continuamente. Um meteorito típico não tem essas condições nem massa crítica.
  • Explosões nucleares (fissão ou fusão em bomba) requerem materiais especiais (isótopos fissíveis, estágio de disparo, configuração crítica) e não são processos espontâneos que ocorram ao entrar na atmosfera em um corpo rochoso normal.
  • Conclusão deste passo: é extremamente improvável que as reações nucleares sejam a fonte principal da energia aqui; B e D também podem ser descartadas.

Passo 4

Resta a opção que envolve energia cinética (alternativa C). Vou explicar e calcular para ver se faz sentido quantitativo.
  • Conceito chave: energia cinética de um corpo em movimento é dada pela fórmula
E_k=\frac{1}{2} m v^2,
onde m é a massa do corpo (em kg) e v é a velocidade (em m/s).
  • Aqui sabemos E_k (aproximadamente 2{,}092\times10^{15}\\ \mathrm{J}) e v ( 19\\ \mathrm{km/s} = 1{,}9\times10^{4}\\ \mathrm{m/s}). Posso estimar a massa m necessária para que a energia cinética corresponda à energia liberada:
m=\frac{2E_k}{v^2}.
  • Calculemos v^2:
v^2=(1{,}9\times10^{4})^2=3{,}61\times10^{8}\\ (\mathrm{m/s})^2.
  • Calculemos 2E_k:
2E_k=2\times2{,}092\times10^{15}\\ \mathrm{J}=4{,}184\times10^{15}\\ \mathrm{J}.
  • Agora a massa:
m=\frac{4{,}184\times10^{15}}{3{,}61\times10^{8}}\\ \mathrm{kg}\approx1{,}16\times10^{7}\\ \mathrm{kg}.
  • Interpretando: isso é cerca de 1{,}16\times10^{7}\\ \mathrm{kg}=1{,}16\times10^{4}\\ \mathrm{t} (aproximadamente 11{,}600 toneladas). Essa ordem de massa é totalmente plausível para um meteoro de porte que produz um efeito como o descrito (por comparação, estimativas do meteoro de Chelyabinsk são da ordem de 10^{7} kg).

Passo 5

Conectando física e observação (brilho):
  • Quando um meteoro entra na atmosfera a altíssima velocidade, sua energia cinética é rapidamente convertida em calor, luz e onda de choque por atrito do ar e compressão do ar adiante do objeto, além da fragmentação do corpo. Isso explica o brilho intenso (até dezenas de vezes o brilho do Sol em curto período) e a liberação súbita de energia.
  • Resumo didático: alta velocidade \Rightarrow alta energia cinética pela fórmula \frac{1}{2}mv^2. A desaceleração brusca transforma essa energia em calor e luz. Não é necessária nem plausível a presença massiva de combustíveis químicos nem reações nucleares para explicar a energia observada.

Resposta

C

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