PRIMEIRA LEI
Considere uma pedra tendo massa de 10 kg e uma caçamba contendo 100 kg de água. Inicialmente a pedra está a 10,2 m 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 De e W para as seguintes mudanças de estado, admitindo aceleração da gravidade padrão de 9,80665 m / s^2.
A pedra acabou de entrar em repouso na caçamba (estado 3);

Passo 1

O que o enunciado diz? A gente tem uma pedra de massa solta de de altura, caindo numa caçamba com água (100 kg). Tanto pedra quanto água começam à mesma temperatura (estado 1), e acabamos no instante em que a pedra para dentro d’água (estado 3).
Conteúdo: Primeira Lei da Termodinâmica para sistema fechado (pedra + água). Vamos precisar calcular:
  • Variação de energia potencial
  • Variação de energia cinética
  • Calor trocado
  • Trabalho
  • Variação de energia interna

Passo 2

Calcular EP1 = m,g,h .
Energia potencial no início (nível zero na superfície da água) é
De
No estado 3 (pedra na água), a altura é zero, então De.
Logo
Substituindo , , :

Passo 3

Calcular EK1= tfrac12 m v1^2 =0, EK3= tfrac12 m v3^2 =0 .
A pedra parte do repouso ( De) e, ao final, também está em repouso ( ).
Logo

Passo 4

Determinar e .
Calor : não há troca de calor com o ambiente (tudo acontece “dentro” do sistema pedra+água), então .
Trabalho : não há trabalho de fronteira (nenhuma expansão, pistão, eixo etc.) além da própria gravidade (já incorporada em ), então .

Passo 5

Aplicar a Primeira Lei da Termodinâmica ao sistema fechado:
Q - W = De
Substituindo 0 - 0 = De, , , :
Isso significa que toda a energia potencial que a pedra perdeu virou aumento de energia interna (isto é, aquecimento da água e da pedra).

Resposta

De

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