Questão: Sobre os Conceitos de Sistema, Volume de Controle e Superfície de Controle é correto afirmar, exceto:
a) Sistema é uma quantidade fixa e invariável de massa.
b) Todas as propriedades de um sistema podem variar, exceto a sua massa.
c) Volume de controle representa uma região definida no espaço através da qual o fluido escoa e bastante útil na análise de problemas de escoamento.
d) A superfície de controle é a fronteira que separa o volume de controle da sua vizinhança.
e) A superfície de controle é a envoltória do volume de controle.
a) Sistema é uma quantidade fixa e invariável de massa.
b) Todas as propriedades de um sistema podem variar, exceto a sua massa.
c) Volume de controle representa uma região definida no espaço através da qual o fluido escoa e bastante útil na análise de problemas de escoamento.
d) A superfície de controle é a fronteira que separa o volume de controle da sua vizinhança.
e) A superfície de controle é a envoltória do volume de controle.
Passo 1
O enunciado pede que eu identifique, entre as alternativas dadas, qual delas é a afirmativa incorreta sobre os conceitos de sistema, volume de controle e superfície de controle.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado (listadas claramente):
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado (listadas claramente):
- Temos definições/afirmações sobre “sistema”.
- Temos definições/afirmações sobre “volume de controle”.
- Temos definições/afirmações sobre “superfície de controle”.
- Uma e somente uma alternativa é incorreta (o enunciado pede “é correto afirmar, exceto”).
Passo 2
Vou revisar, com calma e didaticamente, o conceito de “sistema” (também chamado de “massa fixa” ou “sistema de massa fixa”).
Explicação do conceito:
Explicação do conceito:
- Um sistema é, em termos termodinâmicos/da mecânica dos fluidos clássica, uma porção de matéria que escolhemos acompanhar ao longo do tempo. A ideia-chave é “seguir as mesmas partículas”, ou seja, a massa que compõe o sistema segue o movimento mas não troca massa com o ambiente.
- Em palavras simples: imagine que eu coloco uma etiqueta numa partícula de fluido e decido “estudar tudo que acontece com as partículas que têm essa etiqueta” — isso é um sistema. Como sigo sempre as mesmas partículas, a massa total desse sistema não muda com o tempo (a menos que eu redefina o sistema).
- Por isso se diz que, para um sistema fechado (sistema de massa fixa), a massa é inalterada durante a análise — massa constante é uma característica definicional desse conceito.
Exemplo concreto e simples: pegue uma gota de tinta numa água em movimento — acompanhar essa gota (as mesmas moléculas de tinta) é um sistema.
Passo 3
Vou explicar, didaticamente e passo a passo, o que é “volume de controle”.
Definições e intuições:
Definições e intuições:
- Um volume de controle (VC) é uma região fixa (ou possivelmente móvel, mas usualmente considerada fixa) do espaço que eu escolho para analisar fluxos e trocas que ocorrem através das suas fronteiras.
- Ao contrário do sistema, no volume de controle eu não sigo partículas específicas: o fluido pode entrar e sair do volume de controle, portanto a massa dentro do VC pode variar com o tempo.
- O volume de controle é extremamente útil em problemas de escoamento (fluxo) porque nos permite aplicar leis de conservação (massa, momento, energia) numa região espacial onde há entradas e saídas de fluido.
Exemplo concreto: imagine uma tubulação com uma seção de análise — a região do tubo delimitada por duas seções transversais é um VC: fluido entra por um lado e sai pelo outro.
Passo 4
Vou explicar o que é “superfície de controle” (SC) e a relação com o VC.
Definições e intuições:
Definições e intuições:
- A superfície de controle é a fronteira do volume de controle — ou seja, é a superfície imaginária (ou real) que separa o interior do VC da vizinhança/exterior.
- A superfície de controle pode ser constituída por partes físicas (paredes sólidas) e partes imaginárias (cortes que eu faço no espaço para análise).
- Em termos simples: se o VC é a sala, a SC é a parede que separa a sala do corredor; através dessa parede podem passar (ou não) coisas dependendo se a parede tem portas (aberturas) ou não.
- Observação prática importante: a SC é frequentemente chamada de “fronteira” do VC; os dois termos são equivalentes no uso corrente.
Passo 5
Agora vou analisar cada alternativa dada, uma por uma, aplicando as definições que já expliquei. Serei bem explícito mostrando por que cada enunciado é verdadeiro ou falso.
Análise da alternativa (a): “Sistema é uma quantidade fixa e invariável de massa.”
- Pelo que expliquei no Passo 2, o conceito usual de sistema (sistema de massa fixa) é exatamente uma porção de matéria cujas partículas nós seguimos — portanto a massa desse sistema não varia com o tempo durante a análise.
- Conclusão: a alternativa (a) descreve corretamente o conceito de sistema de massa fixa. Logo, (a) é verdadeira.
Análise da alternativa (b): “Todas as propriedades de um sistema podem variar, exceto a sua massa.”
- Interpretação da frase: ela diz que, em um sistema (massa fixa), diferentes propriedades (por exemplo, energia interna, volume, temperatura, pressão locais, etc.) podem variar com o tempo, mas a massa do sistema permanece constante.
- Isso está de acordo com a definição: o sistema tem massa fixa; outras propriedades termodinâmicas ou geométricas podem, sim, variar. Note que a frase usa “podem variar” (possibilidade), não “devem variar” (obrigatoriedade), então não está forçando que todas variem sempre.
- Conclusão: (b) é verdadeira.
Análise da alternativa (c): “Volume de controle representa uma região definida no espaço através da qual o fluido escoa e bastante útil na análise de problemas de escoamento.”
- Isso é uma descrição direta e correta do que é um volume de controle: é uma região espacial (definida por mim) pela qual o fluido pode entrar e sair; é a ferramenta padrão para análise de escoamentos.
- Conclusão: (c) é verdadeira.
Análise da alternativa (d): “A superfície de controle é a fronteira que separa o volume de controle da sua vizinhança.”
- Essa é a definição padrão: a superfície de controle é justamente a fronteira do VC e separa o interior (VC) do exterior (vizinhança).
- Conclusão: (d) é verdadeira.
Análise da alternativa (e): “A superfície de controle é a envoltória do volume de controle.”
- A palavra “envoltória” aqui significa a superfície que envolve ou delimita o volume — isto é, sinônimo direto de “fronteira” ou “limite” do volume. Em linguagem técnica, dizer que a SC é a envoltória do VC é equivalente a dizer que a SC é a fronteira do VC.
- Portanto (e) é, também, uma descrição correta e usual do conceito de superfície de controle.
Passo 6
Comparando todas as conclusões: (a) verdadeira, (b) verdadeira, (c) verdadeira, (d) verdadeira, (e) verdadeira. Todas as alternativas apresentam descrições compatíveis com as definições padrão dos conceitos.
Como o enunciado pede “é correto afirmar, exceto:”, isto significa que devemos apontar a alternativa incorreta. Porém, pelas definições canônicas que eu expliquei, nenhuma das alternativas contém uma afirmação falsa.
Como o enunciado pede “é correto afirmar, exceto:”, isto significa que devemos apontar a alternativa incorreta. Porém, pelas definições canônicas que eu expliquei, nenhuma das alternativas contém uma afirmação falsa.
Passo 7
Diante do fato de todas as alternativas estarem corretas segundo as definições padrão, preciso decidir como responder a uma questão de múltipla escolha que exige exatamente uma alternativa incorreta. Seguindo a instrução do enunciado de que a questão está adequadamente formulada (logo existe exatamente uma incorreta), e considerando possíveis leituras ambíguas das frases dadas, a alternativa que, em algumas formulações didáticas, poderia ser considerada menos precisa — portanto potencialmente alvo de correção — é a alternativa (a) somente se alguém interpretasse que um “sistema” pode ser definido não como massa fixa mas como uma região do espaço (o que na prática é o conceito de volume de controle). No entanto, isso seria forçar uma interpretação não padrão. Assim, mantendo rigor conceitual, não há alternativa incorreta.
Resposta
Não existe alternativa incorreta — todas as alternativas (a), (b), (c), (d) e (e) estão corretas.