Exercícios Resolvidos de Sistema, Volume de Controle e Propriedades

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Enunciado

Quais as diferenças entre um corpo livre e um sistema termodinâmico?

Passo 1

Podemos identificar as diferenças entre os dois, através do entendimento das suas semelhanças. Afinal de contas, porque o sistema termodinâmico e o corpo livre merecem uma comparação?

O sistema termodinâmico e o corpo livre são parte de uma estratégia muito parecida de resolução de exercícios em física. Essa técnica envolve quatro etapas básicas:

  1. Separação do universo em duas partes: o objeto que será estudado e todo o resto que interage de uma forma com esse objeto.
  2. Identificação entre os tipos de interação entre o objeto e a sua vizinhança.
  3. Identificação das características internas do meu objeto, que variam por causa dessas interações com o meio externo.
  4. Aplicação de fórmulas que conectam as interações com essas características do objeto.

Apesar da trajetória de solução de problema ser muito parecida, cada um tem aspectos únicos.

Passo 2

Se quisermos estudar o movimento de um bloco, fazemos um desenho desse bloco com ele separado de todo os outros objetos ao seu redor. Essa imagem é chamada de diagrama do corpo livre. O copo livre é, então, o objeto de estudo da dinâmica.

Já, sistema é como é chamado nosso objeto de estudo na termodinâmica. Por exemplo, no caso de estudarmos o resfriamento do refrigerante que está dentro de uma latinha na geladeira, nosso sistema seria apenas a bebida.

Ou seja, os dois são objetos de estudo de áreas do conhecimento diferentes. O corpo livre é o objeto de estudo da dinâmica e o sistema é o objeto de estudo da termodinâmica. A maior diferença entre os dois está nos ramos da física em que eles estão inseridos.

Na termodinâmica, separamos o objeto de estudo do seu redor através de uma fronteira. Esse meio que cerca o sistema é chamado de vizinhança.

Passo 3

Depois de fazer a separação, identificamos e representamos as influências do ambiente em uma imagem, possuindo apenas nosso objeto de estudo.

Desta etapa, notamos outra diferença entre os dois: o corpo livre só interage com a vizinhança através de forças. Já a termodinâmica expande as possibilidades de interação para incluir o trabalho, o calor e a transferência de massa!

Passo 4

Como podemos medir de forma precisa os efeitos dessas interações sobre o objeto que estamos estudando?

Para descobrir a influência das forças sobre o movimento do corpo livre, verificamos alterações nos seus valores de posição, quantidade de movimento e massa. Ou seja, acompanhamos os valores das propriedades que são importantes pra sua dinâmica.

Na termodinâmica, é igualzinho! Só mudamos as características que medimos para avaliar os efeitos do calor, trabalho e fluxo de massa. Fazemos isso através das seguintes propriedades do sistema:

  • V , o volume.
  • P , a pressão.
  • T , a temperatura.
  • ρ , a massa específica. Calculada como a massa do objeto dividida pelo seu volume.
  • m , massa da substância.

Passo 5

As fórmulas, que aplicamos sobre o corpo livre para conectar o valor das forças com as propriedades de movimento do objeto são as leis de Newton.

Na termodinâmica, conectamos o valor das transferências de energia e massa com as propriedades do sistema através das leis de conservação de massa e energia.

Resposta

O sistema e o corpo livre são objetos de estudos de ramos da física diferentes. Além disso, eles interagem com o amiente ao seu redor de modos distintos: o corpo livre interage através de forças e o sistema interage através de fluxos de massa e energia sobre a fronteira.

A medição dos efeitos dessas interações sobre os objetos de estudo também se diferem. O corpo livre mede as influências a partir da variação da sua posição, da sua quantidade de movimento e da sua massa. Já para o sistema, acompanhamos os valores de sua massa, pressão, temperatura, volume e massa específica.

Por fim, conectamos essas variações de propriedades com as influências externas, a partir de fórmulas diferentes: para o corpo livre usamos as leis de Newton. Para o sistema usamos as leis de conservação de energia e massa.

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