27-(ENEM) Uma pessoa abre sua geladeira, verifica o que há dentro e depois fecha a porta dessa geladeira. Em seguida, ela tenta abrir a geladeira novamente, mas só consegue fazer isso depois de exercer uma força mais intensa do que a habitual. A dificuldade extra para reabrir a geladeira ocorre porque o(a)
a) volume de ar dentro da geladeira diminuiu.
b) motor da geladeira está funcionando com potência máxima.
c) força exercida pelo ímã fixado na porta da geladeira aumenta.
d) pressão no interior da geladeira está abaixo da pressão externa.
a) volume de ar dentro da geladeira diminuiu.
b) motor da geladeira está funcionando com potência máxima.
c) força exercida pelo ímã fixado na porta da geladeira aumenta.
d) pressão no interior da geladeira está abaixo da pressão externa.
Passo 1
O enunciado descreve a seguinte situação: a pessoa abre a geladeira, vê o que há dentro e fecha a porta. Em seguida tenta abrir de novo, mas precisa exercer uma força maior do que o normal para reabrir. O enunciado pede que escolhamos a causa correta entre as alternativas abaixo:
a) o volume de ar dentro da geladeira diminuiu.
b) o motor da geladeira está funcionando com potência máxima.
c) a força exercida pelo ímã fixado na porta da geladeira aumenta.
d) a pressão no interior da geladeira está abaixo da pressão externa.
b) o motor da geladeira está funcionando com potência máxima.
c) a força exercida pelo ímã fixado na porta da geladeira aumenta.
d) a pressão no interior da geladeira está abaixo da pressão externa.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado: a geladeira foi aberta e fechada; depois, ao tentar abrir novamente, exige-se mais força. Não há figura nem valores numéricos. Não há indicação explícita de ruptura do selo; assume-se o selo da porta funcionando normalmente.
Passo 2
Vamos entender o que é pressão e como ela gera força sobre a porta.
Definição: pressão é a força por unidade de área. Em símbolos, a pressão é
Definição: pressão é a força por unidade de área. Em símbolos, a pressão
onde
é a força normal aplicada sobre uma área
.
Se existirem duas pressões diferentes nas faces de uma porta — pressão externa
e pressão interna
— a resultante devida a essa diferença de pressão sobre a porta é
onde
é a área da porta (ou a área efetiva onde a diferença de pressão atua). Importante: se
, essa força resultante empurra a porta para dentro, e, para abrir, precisamos vencer essa força adicional.
Expliquei isso devagar porque é a ideia central: uma diferença de pressão gera uma força que “segura” a porta.
Passo 3
Agora vamos ver como a pressão dentro da geladeira pode mudar quando a porta é fechada. O gás (ar) dentro da geladeira obedece, em boa aproximação, à lei dos gases ideais:
onde
-
é a pressão do gás, -
é o volume disponível para o gás, -
é a quantidade de matéria (número de mols) do gás, -
é a constante universal dos gases, -
é a temperatura absoluta (em kelvin).
Se, após fechar a porta, o compartimento tem volume praticamente constante (ou seja,
não muda porque a geladeira é rígida) e a massa de ar aprisionada também não muda muito (assumimos
constante, pois o selo impede trocas rápidas), então qualquer variação de pressão está relacionada à variação de temperatura. Reorganizando a lei:
ou, comparando dois instantes 1 (imediatamente ao fechar) e 2 (após o interior esfriar um pouco),
Logo, se a temperatura interna diminui (
), então
: a pressão interna cai.
Por que a temperatura cai depois de fechar? Quando abrimos a geladeira, ar mais quente da cozinha entra; ao fechá-la, o sistema de refrigeração (motor/compressor + serpentinas) passa a retirar calor do ar interno, fazendo a temperatura interna cair. Com volume praticamente fixo, essa queda de temperatura provoca queda de pressão.
Passo 4
Combine a queda de pressão interna com a fórmula da força por diferença de pressão. Se inicialmente, ao fechar, a pressão dentro era próxima da externa (
), depois de esfriar temos
. A diferença de pressão é
A força extra que temos que vencer para abrir é
onde
é a área efetiva da porta. Tudo explicado: se
, então
e sentimos a porta “mais difícil” de abrir.
Expliquei cada símbolo para você poder aplicar essa ideia na prova: identifique
(pressão atmosférica), estime a mudança relativa de temperatura
e multiplique pela área da porta para ter uma noção da força adicional.
Passo 5
Um exemplo numérico rápido só para intuição (não precisa decorar; é só para sentir a ordem de grandeza). Suponha que a queda relativa de pressão seja pequena, digamos
(isto é razoável para pequenas quedas de temperatura). Se a área da porta que recebe a diferença for
, então
o que corresponde a algo como
de força extra — suficiente para você perceber que está mais difícil de abrir. O número exato não importa; o ponto é: uma pequena diferença de pressão multiplicada pela área da porta vira uma força notável.
Passo 6
Por que as outras alternativas estão erradas?
- a) “o volume de ar dentro da geladeira diminuiu.” — o volume do compartimento é praticamente fixo (geladeira rígida). Não é o volume que diminui; é a pressão que muda por variação de temperatura.
- b) “o motor da geladeira está funcionando com potência máxima.” — mesmo que o compressor esteja ligado, isso não faz com que a porta fique mais difícil de abrir por si só; o que importa é o resfriamento do ar e a consequente queda de pressão interna, não a potência do motor em si.
- c) “a força exercida pelo ímã fixado na porta da geladeira aumenta.” — a força do ímã do selo é praticamente constante (não aumenta só porque a geladeira foi fechada); o que muda é a diferença de pressão entre fora e dentro.
Passo 7
Conclusão didática e encorajamento: a razão física é a diminuição da pressão interna quando o ar quente que entrou esfria dentro do gabinete fechado. Essa diferença de pressão externa maior empurra a porta para dentro, exigindo uma força extra para abrir. É um ótimo exemplo de aplicar a lei dos gases e a fórmula força = pressão × área. Você já tá pegando o raciocínio — na prova, olhe por “diferença de pressão” e relacione com resfriamento quando o volume é fixo.
Resposta
d) a pressão no interior da geladeira está abaixo da pressão externa.