Qual a diferença entre a energia cinética macroscópica em um movimento de ar (vento) versus energia cinética microscópica das moléculas individuais? Qual dela você pode sentir com a mão?
Passo 1
O enunciado pede para a gente comparar dois tipos de energia cinética num gás (no caso, o ar):
- A energia cinética macroscópica, que é a energia do “vento” como um todo, movendo-se com velocidade uniforme.
- A energia cinética microscópica, que é a energia associada ao movimento aleatório das moléculas do ar (o que chamamos de temperatura).
Matéria envolvida: cinemática (definição de) e termodinâmica/teoria cinética dos gases (equipartição de energia). Vamos precisar das fórmulas de energia cinética e do conceito de temperatura como medida da agitação molecular.
Passo 2
Energia cinética macroscópica (vento):
Quando um bloco de ar de massa se move com velocidade uniforme
, a energia cinética dele é
Quando um bloco de ar de massa
Se quisermos pensar em energia por volume de ar, usamos a densidade
, e fica
Isso mede a energia do movimento organizado do vento, e é o que faz uma brisa empurrar a sua mão.
Passo 3
Energia cinética microscópica (moléculas):
No nível molecular, cada molécula de massa tem uma velocidade aleatória
. A energia cinética média por molécula é
No nível molecular, cada molécula de massa
Pela teoria cinética dos gases (princípio da equipartição), isso se relaciona com a temperatura
assim:
onde
é a constante de Boltzmann. Esse termo corresponde à energia interna que define o “calor” do gás.
Passo 4
Diferença principal:
- Macroscópica = movimento ordenado do ar (vento).
- Microscópica = agitação desordenada das moléculas (temperatura).
O que você sente com a mão é o impacto do vento (energia cinética macroscópica), porque são as moléculas empurrando a sua pele de forma organizada. A energia microscópica se manifesta como calor: você só “sente” isso se perceber mudança de temperatura, não como um sopro.
Resposta
A energia cinética macroscópica (vento) é a energia do movimento coletivo do ar
e é essa que você sente como empuxo na mão. A energia cinética microscópica é a energia do movimento desordenado das moléculas
e se percebe apenas como temperatura, não como sopro.