PRIMEIRA LEI
Considere uma pedra tendo massa de 10 kg e uma caçamba contendo 100 kg de água. Inicialmente a pedra está a
acima da água e tanto a pedra como a água estão à mesma temperatura, sendo esse o estado 1 . A pedra é então solta e cai na água. Determine
e
para as seguintes mudanças de estado, admitindo aceleração da gravidade padrão de
.
A pedra está a ponto de penetrar na água (estado 2);
Considere uma pedra tendo massa de 10 kg e uma caçamba contendo 100 kg de água. Inicialmente a pedra está a
A pedra está a ponto de penetrar na água (estado 2);
Passo 1
Beleza, o exercício é sobre a 1ª Lei da Termodinâmica (conservação de energia). A gente tem uma pedra de massa m=10 kg a uma altura h₁=10,2 m acima da superfície da água, e ela cai até o ponto imediatamente antes de tocar a água (h₂=0). A água e a pedra começam na mesma temperatura e não há troca de calor nem trabalho de fronteira (nenhum pistão, nada de PV work). O que a gente quer é ΔU (variação de energia interna), ΔE_P (variação de energia potencial), ΔE_K (variação de energia cinética), Q (calor trocado) e W (trabalho feito).
Matéria: 1ª Lei da Termodinâmica, que diz
Passo 2
Primeiro identifiquemos trocas de calor e trabalho de fronteira:
- Não há aquecimento ou resfriamento (pedra e água isoladas), logo Q=0.
- Não há trabalho de pressão nem qualquer pistão, logo W=0.
Assim a 1ª Lei vira simplesmente
Passo 3
Calcular ΔE_P da pedra:
Passo 4
Calcular ΔE_K da pedra:
- Velocidade inicial v₁=0.
- Velocidade final v₂ obtida por conservação de energia ou cinemática:
Então
Passo 5
A variação de energia interna ΔU:
Como não há aquecimento nem mudança de temperatura, nem trabalho interno, a energia interna do sistema não muda.
Como não há aquecimento nem mudança de temperatura, nem trabalho interno, a energia interna do sistema não muda.