Verdadeiro ou falso, se falso justifique: (2,0 pontos)
a) O princípio de Pascal afirma que a pressão aplicada em um fluido confinado é transmitida igualmente em todas as direções.
b) O empuxo é a soma vetorial das forças devido à pressão do fluido sob e sobre o corpo e é equivalente ao peso do corpo submerso.
c) A escala Kelvin é amplamente utilizada na termodinâmica por estar relacionada à energia cinética das partículas. Seus valores podem ser positivos ou negativos, dependendo da energia interna do sistema.
d) Juntas de dilatação são essenciais em construções, mesmo em prédios comuns, para compensar a dilatação térmica do aço e do concreto. No entanto, termodinamicamente, esses materiais se expandem igualmente com a temperatura.

Passo 1

Temos quatro afirmações (a–d) e a tarefa é dizer se cada uma é verdadeira ou falsa. Se for falsa, devo justificar por que. Vou listar claramente cada afirmação exatamente como está no enunciado:
a) “O princípio de Pascal afirma que a pressão aplicada em um fluido confinado é transmitida igualmente em todas as direções.”
b) “O empuxo é a soma vetorial das forças devido à pressão do fluido sob e sobre o corpo e é equivalente ao peso do corpo submerso.”
c) “A escala Kelvin é amplamente utilizada na termodinâmica por estar relacionada à energia cinética das partículas. Seus valores podem ser positivos ou negativos, dependendo da energia interna do sistema.”
d) “Juntas de dilatação são essenciais em construções, mesmo em prédios comuns, para compensar a dilatação térmica do aço e do concreto. No entanto, termodinamicamente, esses materiais se expandem igualmente com a temperatura.”
Agora vou analisar cada uma com calma, explicando a teoria necessária passo a passo.

Passo 2

Analisando a afirmação (a). Conceito-chave: pressão em fluidos estáticos.
  • Definição: pressão em um fluido em repouso é a força por unidade de área que o fluido exerce sobre uma superfície, medida em unidades como \mathrm{Pa} = \mathrm{N/m}^2.
  • Princípio de Pascal (forma usual): se aplica um incremento de pressão \Delta p a um fluido confinado, esse incremento é transmitido integralmente e sem diminuição a todas as partes do fluido e às paredes do recipiente. Isso significa que a variação de pressão é a mesma em todos os pontos do fluido; a pressão em um ponto do fluido age igualmente em todas as direções (isotropia da pressão em fluido estático).
  • Exemplo simples (hidráulica): num sistema com dois pistões de áreas A_1 e A_2, uma força F_1 aplicada ao pistão 1 causa p=\dfrac{F_1}{A_1}. Pelo princípio de Pascal esse \Delta p aparece no segundo pistão, então a força saída é F_2 = pA_2 = \dfrac{F_1}{A_1}A_2. Isso mostra transmissão igual e direção independente.
    Conclusão: a) é verdadeira, pois resume corretamente a ideia de transmissão da pressão em um fluido confinado.

Passo 3

Mais intuição (para a prova): a frase “transmitida igualmente em todas as direções” refere-se à propriedade de que, em um fluido em equilíbrio, a pressão num ponto é escalar e age em todas as direções; não há componente preferencial. Use esse pensamento para responder rapidamente numa questão de prova: se te perguntarem “o que acontece com um incremento de pressão num fluido confinado?” diga “é transmitido integralmente para todo o fluido e paredes”, e se precisarem de fórmula, use \Delta p=\dfrac{F}{A}.

Passo 4

Analisando a afirmação (b). Conceitos necessários: distribuição de pressão com profundidade e empuxo (princípio de Arquimedes).
  • Pressão hidrostática: em um fluido de densidade \rho sob gravidade g, a pressão varia com a profundidade h segundo
p(h)=p_{\text{superf}}+\rho g h,
onde p_{\text{superf}} é a pressão na superfície do fluido. Note que a pressão aumenta com a profundidade. (Aqui todo símbolo está em TeX.)
  • Forças de pressão sobre um corpo submerso: a força total que o fluido exerce sobre o corpo é a soma (resultado vetorial) das forças de pressão sobre todas as superfícies do corpo. Devido à variação de p(h), as forças na parte inferior normalmente superam as da parte superior, resultando numa força líquida para cima.
  • Princípio de Arquimedes: o empuxo (força de flutuabilidade) é igual ao peso do volume de fluido deslocado:
\mathbf{F}_{\text{emp}} = \rho_{\text{fluido}}\, V_{\text{deslocado}}\, g\,\hat{y},
onde \rho_{\text{fluido}} é a densidade do fluido, V_{\text{deslocado}} é o volume de fluido deslocado, g a aceleração da gravidade e \hat{y} indica direção vertical para cima.
  • Comparação com o que diz a afirmação: a primeira parte (“empuxo é a soma vetorial das forças devido à pressão do fluido sob e sobre o corpo”) está conceitualmente correta se entendida como “resultado vetorial das forças de pressão em todas as superfícies” (o empuxo é o resultante das pressões sobre o corpo). A segunda parte (“e é equivalente ao peso do corpo submerso”) está errada: o empuxo é equivalente ao peso do fluido deslocado, não ao peso do corpo submerso. Só em um caso especial (quando o corpo tem densidade igual à do fluido) o empuxo coincide com o peso do corpo; em geral não coincide.
  • Exemplo numérico rápido: corpo com volume V=0,1\\ \mathrm{m}^3 totalmente submerso em água ( \rho_{\text{água}}=1000\\ \mathrm{kg/m}^3á). Empuxo:
F_{\text{emp}}=\rho_{\text{água}} V g = 1000\cdot 0,1\cdot 9,81 \approx 981\\ \mathrm{N}.á
Se o corpo pesa 1500\\ \mathrm{N}, o empuxo não é igual ao peso do corpo.
Conclusão: b) é falsa. Justificativa: empuxo = peso do fluido deslocado, não o peso do corpo submerso (apenas igual em casos especiais).

Passo 5

Analisando a afirmação (c). Conceitos necessários: escala Kelvin e relação com energia cinética.
  • Definição da escala Kelvin: é a escala absoluta de temperatura usada em termodinâmica; o zero absoluto é \,0\\ \mathrm{K} e não existe temperatura mais baixa nessa escala. Por convenção termodinâmica, temperaturas em Kelvin são não-negativas para sistemas usualmente estudados.
  • Relação com energia cinética (caso do gás ideal): para um gás ideal monoatômico, a energia cinética média de translação por partícula está dada por
\left\langle E_{\text{cin}}\right\rangle = \dfrac{3}{2}k_B T,
onde k_B é a constante de Boltzmann e T a temperatura em Kelvin. Isso mostra por que a escala Kelvin é natural em termodinâmica: T está diretamente relacionada à energia cinética média das partículas (e portanto à energia térmica). Como \left\langle E_{\text{cin}}\right\rangle\ge 0, isso sugere T\ge 0 para os casos comuns.
  • Sobre valores negativos: na termodinâmica clássica de sistemas macroscópicos, a temperatura em Kelvin não pode ser negativa. Existem fenômenos avançados (sistemas com espectro de energia limitado e população invertida, por exemplo certos spins ou sistemas quânticos manipulados) onde se fala em “temperaturas negativas” no sentido termodinâmico — nesses casos a definição termodinâmica de temperatura leva a valores negativos e tais estados têm propriedades estranhas (são mais quentes que +\infty\\ \mathrm{K}). Isso é um tópico avançado e muito específico; não é a regra geral e não significa que simplesmente “dependendo da energia interna do sistema” a temperatura Kelvin possa ser arbitrariamente negativa.
    Conclusão: c) é falsa. Justificativa direta e prática: Kelvin foi adotada porque se relaciona à energia cinética média e, na termodinâmica comum, T em Kelvin é sempre \ge 0. A afirmação que “podem ser positivos ou negativos dependendo da energia interna” é enganosa e incorreta no contexto usual da termodinâmica básica (salvo exceções muito específicas e avançadas).

Passo 6

Analisando a afirmação (d). Conceitos: dilatação térmica, coeficiente de expansão térmica e juntas de dilatação.
  • Fórmula da dilatação linear (conceito simples e útil para provas): se um corpo linear tem comprimento inicial L_0 e sofre uma variação de temperatura \Delta T, a variação de comprimento é
\Delta L = \alpha\, L_0\, \Delta T,
onde \alpha é o coeficiente de dilatação linear do material (unidades \mathrm{^\circ C^{-1}} ou \mathrm{K^{-1}}). Para volume, análogo:
\Delta V \approx \beta\, V_0\, \Delta T,\quad \text{com}\\ \beta\approx 3\alpha\\ \text{para sólidos isotrópicos}.óó
  • Sobre juntas de dilatação: verdade — elas são essenciais em construções para permitir que partes de estruturas se movimentem ou dilatem sem gerar tensões excessivas ou fissuras. Mesmo em prédios comuns, espaços de separação (juntas) são usados em trechos longos, fachadas, lajes grandes etc. A primeira parte da afirmação (juntas são essenciais…) é correta.
  • Segunda parte da afirmação: “No entanto, termodinamicamente, esses materiais se expandem igualmente com a temperatura.” Isto é falso: diferentes materiais têm coeficientes de dilatação diferentes, portanto não se expandem igualmente. Exemplos típicos (valores aproximados):
    • Aço: \alpha_{\text{aço}}\approx 12\times 10^{-6}\\ \mathrm{^\circ C^{-1}}ç.
    • Concreto: \alpha_{\text{concreto}} varia com a composição, mas um valor típico é \alpha_{\text{concreto}}\approx 7\times 10^{-6} a 12\times 10^{-6}\\ \mathrm{^\circ C^{-1}}.
      Esses números mostram que aço e concreto têm coeficientes que podem diferir e dependem de tipo/ mistura/temperatura; portanto sua expansão não é “igual” em geral. Por isso projetistas consideram diferenças de dilatação ao posicionar juntas, unir materiais diferentes (p.ex. aço x concreto) e evitar problemas.
      Conclusão: d) é falsa no seu segundo trecho. A primeira parte é correta (juntas são importantes), mas a afirmação completa é falsa porque os materiais não se expandem igualmente termodinamicamente.

Passo 7

Resumo final das conclusões (respostas que você pode anotar rápido na prova):
  • (a) Verdadeira — princípio de Pascal descreve transmissão igual do incremento de pressão em fluido confinado.
  • (b) Falsa — empuxo é resultante das forças de pressão, correto, mas é igual ao peso do fluido deslocado, não ao peso do corpo em geral.
  • (c) Falsa — Kelvin relaciona-se à energia cinética média; em termodinâmica usual T em Kelvin é não-negativa (exceções especiais e avançadas existem, mas não se aplica à afirmação genérica).
  • (d) Falsa — juntas de dilatação são essenciais (verdade), mas aço e concreto não se expandem necessariamente da mesma maneira; têm coeficientes de dilatação diferentes.

Resposta

a) Verdadeira
b) Falsa
c) Falsa
d) Falsa

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