Questão 152, caderno azul do ENEM 2020

Um processo de aeração, que consiste na introdução de ar num líquido, acontece do seguinte modo: uma bomba B retira o líquido de um tanque T1 e o faz passar pelo aerador A1, que aumenta o volume do líquido em 15%, e em seguida pelo aerador A2, ganhando novo aumento de volume de 10%. Ao final, ele fica armazenado num tanque T2, de acordo com a figura.

Os tanques T1 e T2 são prismas retos de bases retangulares, sendo que a base de T1 tem comprimento c e largura L, e a base de T2 tem comprimento c/2 e largura 2L.

Para finalizar o processo de aeração sem derramamento do líquido em T2, o responsável deve saber a relação entre a altura da coluna de líquido que já saiu de T1, denotada por x, e a altura da coluna de líquido que chegou a T2, denotada por y.

Disponível em: www.dec.ufcg.edu.br. Acesso em: 21 abr. 2015.

A equação que relaciona as medidas das alturas y e x é dada por

a) y = 1,265x

b) y = 1,250x

c) y = 1,150x

d) y = 1,125x

e) y = x

Resolução Em Texto

📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão

  • Geometria Espacial (Volume de Prisma Reto-Retângulo)
  • Matemática (Porcentagem, Fator de Aumento)
  • Álgebra (Manipulação de Equações)

🎯 Tema/Objetivo Geral

Modelagem matemática de um problema envolvendo a transferência de volume entre dois tanques com bases diferentes, considerando aumentos percentuais sucessivos no volume do líquido.

📊 Nível da Questão

Médio.
Por quê? A questão exige a aplicação de vários conceitos em sequência: cálculo de volume, aplicação de aumentos percentuais sucessivos e manipulação algébrica para encontrar a relação entre as alturas. Embora cada passo seja relativamente simples, a combinação de todos eles requer organização e atenção aos detalhes.

✅ Gabarito

Alternativa A.
Resumo: O problema é resolvido igualando o volume final do líquido (em T2) ao volume inicial (retirado de T1) após aplicar os dois aumentos percentuais sucessivos. Isso leva a uma equação que relaciona os volumes. Substituindo as fórmulas dos volumes (Área da base x Altura) e as dimensões dadas, chega-se à relação final entre as alturas y e x.


Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo

Transcrição Essencial 📌

“A equação que relaciona as medidas das alturas y e x é dada por”

O que está sendo pedido?

A questão nos pede para encontrar uma fórmula que conecte a altura y (nível do líquido no tanque T2) com a altura x (o quanto o nível baixou no tanque T1).

Objetivo Cristalino 💎

Nosso objetivo é:

  1. Escrever uma expressão para o volume de líquido que saiu de T1.
  2. Calcular o que acontece com esse volume após passar pelos dois aeradores.
  3. Escrever uma expressão para o volume de líquido que chegou a T2.
  4. Igualar as expressões dos volumes (final e inicial modificado) e simplificar para encontrar a relação entre y e x.

🧠 Se um valor aumenta 15% e depois aumenta 10%, o aumento total é de 25%? Cuidado! Aumentos percentuais sucessivos não são somados diretamente.


Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdo Necessários

Definição de Termos 🔖

  • Volume de Prisma Reto de Base Retangular: É o produto da área da base pelo sua altura.
    • V = (Área da Base) ⋅ Altura = (comprimento ⋅ largura) ⋅ altura
  • Fator de Aumento Percentual: Para aplicar um aumento percentual a um valor, multiplicamos o valor pelo fator de aumento correspondente.
    • Aumento de 15% → Multiplicar por (1 + 15/100) = 1,15
    • Aumento de 10% → Multiplicar por (1 + 10/100) = 1,10
  • Aumentos Percentuais Sucessivos: Para aplicar aumentos sucessivos, multiplicamos os fatores de aumento.
    • Um aumento de 15% seguido de um de 10% é equivalente a multiplicar por 1,15 ⋅ 1,10.

Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema

Contextualização Simplificada 💬

Imagine que você está transferindo refrigerante de uma garrafa alta e fina (T1) para uma garrafa baixa e larga (T2). Mas no caminho, o refrigerante passa por duas máquinas de gaseificação (os aeradores). A primeira (A1) aumenta o volume do líquido em 15%, enchendo-o de gás. A segunda (A2) aumenta o volume já aumentado em mais 10%.
A altura x é o quanto o nível do refrigerante baixou na garrafa T1. A altura y é o nível que o refrigerante atingiu na garrafa T2. Nossa missão é encontrar uma fórmula que diga: “Se o nível em T1 baixou x cm, o nível em T2 subiu y cm”. Para isso, vamos seguir o caminho do líquido.

Estratégia Geral 🗺️

Nossa estratégia será baseada na conservação da massa, que se traduz em uma relação de volume. O volume que chega em T2 (V₂) é o volume que saiu de T1 (V₁) afetado pelos aumentos percentuais. Vamos montar a equação V₂ = V₁ ⋅ (fator de aumento) e substituir as fórmulas de volume para encontrar a relação entre y e x.


Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio

Passo a Passo Detalhado 👣

Etapa 1: Escrever as expressões para os volumes

  • Volume que sai de T1 (V₁):
    • Base de T1: comprimento = c, largura = L. Área da Base₁ = c ⋅ L.
    • Altura da coluna de líquido que saiu = x.
    • V₁ = (c ⋅ L) ⋅ x
  • Volume que chega em T2 (V₂):
    • Base de T2: comprimento = c/2, largura = 2L. Área da Base₂ = (c/2) ⋅ (2L) = c ⋅ L.
    • Altura da coluna de líquido que chegou = y.
    • V₂ = (c ⋅ L) ⋅ y
    • Observação interessante: As áreas das bases dos dois tanques são iguais!

Etapa 2: Calcular o fator de aumento total do volume

  • O líquido passa por A1, que aumenta o volume em 15% (fator = 1,15).
  • Depois, passa por A2, que aumenta o novo volume em 10% (fator = 1,10).
  • Fator de aumento total = 1,15 ⋅ 1,10
    • 1,15 × 1,10 = 1,15 × (1 + 0,1) = 1,15 + 0,115 = 1,265

Etapa 3: Montar a equação que relaciona os volumes

  • O volume que chega em T2 é o volume que saiu de T1, multiplicado pelo fator de aumento total.
    • V₂ = V₁ ⋅ 1,265

Etapa 4: Substituir as expressões dos volumes e resolver para y

  • (c ⋅ L) ⋅ y = [ (c ⋅ L) ⋅ x ] ⋅ 1,265
  • Como o termo (c ⋅ L) aparece nos dois lados e é diferente de zero, podemos cancelá-lo.
  • y = x ⋅ 1,265
  • y = 1,265x

A Armadilha Comum 🚨

A principal armadilha é somar as porcentagens. Um aluno desatento poderia pensar que um aumento de 15% + 10% é um aumento total de 25%, o que o levaria a um fator de 1,250 e à alternativa B. É crucial lembrar que aumentos percentuais sucessivos são aplicados multiplicando-se os fatores.

Fechamento e Expectativa

O cálculo nos levou à equação y = 1,265x. Agora, vamos procurar essa resposta nas alternativas.


Passo 5: Análise das Alternativas

🟢 A) y = 1,265x
Correta. Corresponde exatamente à equação encontrada.

🔴 B) y = 1,250x
Incorreta. Este seria o resultado se os percentuais de aumento fossem somados (15% + 10% = 25%).

🔴 C) y = 1,150x
Incorreta. Este seria o resultado se apenas o primeiro aumento de 15% fosse considerado.

🔴 D) y = 1,125x
Incorreta.

🔴 E) y = x
Incorreta. Este seria o resultado se não houvesse aumento de volume e as bases dos tanques fossem iguais (o que, por coincidência, são).


Passo 6: Conclusão e Justificativa Final

Resumo do Raciocínio 📝

O problema foi resolvido ao se estabelecer uma relação entre o volume de líquido que saiu do tanque T1 (V₁) e o volume que chegou ao tanque T2 (V₂). O volume V₂ é o resultado de aplicar dois aumentos percentuais sucessivos de 15% e 10% a V₁. O fator de aumento total é o produto dos fatores individuais: 1,15 × 1,10 = 1,265. Portanto, V₂ = 1,265 ⋅ V₁. Substituindo as fórmulas de volume para cada tanque (V = Área da base × altura), temos (Área₂ ⋅ y) = 1,265 ⋅ (Área₁ ⋅ x). Como as áreas das bases dos dois tanques são iguais (c⋅L), elas podem ser canceladas na equação, resultando na relação direta entre as alturas: y = 1,265x.

Gabarito Reafirmado 🏅

A alternativa correta é a A.

Resumo Final para Revisão 🔍

Lembre-se da regra de ouro dos percentuais sucessivos: não some, multiplique os fatores! Um aumento de p₁% seguido de um de p₂% é equivalente a multiplicar por (1 + p₁/100) ⋅ (1 + p₂/100).

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