A variação da incidência de radiação solar sobre a superfície da Terra resulta em uma variação de temperatura ao longo de um dia denominada amplitude térmica. Edificações e pavimentações realizadas nas áreas urbanas contribuem para alterar as amplitudes térmicas dessas regiões, em comparação com regiões que mantêm suas características naturais, com presença de vegetação e água, já que o calor específico do concreto é inferior ao da água. Assim, parte da avaliação do impacto ambiental que a presença de concreto proporciona às áreas urbanas consiste em considerar a substituição da área concretada por um mesmo volume de água e comparar as variações de temperatura devido à absorção da radiação solar nas duas situações (concretada e alagada). Desprezando os efeitos da evaporação e considerando que toda a radiação é absorvida, essa avaliação pode ser realizada com os seguintes dados:
A razão entre as variações de temperatura nas áreas concretada e alagada é mais próxima de
A) 1,0.
B) 2,1.
C) 2,5.
D) 5,3.
E) 13,1.
Resolução Em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Física (Calorimetria, Equação Fundamental da Calorimetria, Densidade e Massa Volumétrica).
Tema/Objetivo Geral:
Comparar a variação de temperatura (Delta T) de dois materiais diferentes (concreto e água) quando submetidos à mesma quantidade de calor e ocupando o mesmo volume.
Nível da Questão: Médio.
- Não basta saber a fórmula do “que macete” (Q = m * c * Delta T). O aluno precisa ter a malícia de substituir a massa (m) pela densidade vezes volume (d * V) e depois montar uma razão matemática entre as duas equações. A mistura de unidades (kg na densidade e g no calor específico) é uma armadilha sutil.
Gabarito: Alternativa (B).
- A razão entre a variação de temperatura do concreto e a da água é de aproximadamente 2,1.
PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)
A questão quer comparar o quanto o concreto esquenta em relação à água.
O cenário é: Imagine uma piscina cheia de água e outra piscina idêntica (mesmo volume) cheia de concreto. O sol bate igual nas duas (mesmo calor Q).
A pergunta é: A temperatura do concreto vai subir quantas vezes mais rápido que a da água?
Matematicamente, queremos encontrar o valor da divisão: (Delta T do Concreto) / (Delta T da Água).
Nosso Plano de Ataque será o seguinte:
- Vamos usar a Equação Fundamental da Calorimetria (Q = m * c * Delta T).
- Como a questão fala em “mesmo volume” e dá densidades, vamos trocar a massa (m) por densidade vezes volume (d * V).
- Vamos isolar o Delta T para cada material e dividir um pelo outro.
PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)
Vamos organizar as fórmulas para não nos perdermos nas unidades.
TABELA DE DADOS E FÓRMULAS
| Variável | Água | Concreto |
| Densidade (d) | 1000 kg/m3 | 2500 kg/m3 |
| Calor Específico (c) | 4,2 J/(g*°C) | 0,8 J/(g*°C) |
| Volume (V) | Igual (V) | Igual (V) |
| Calor Absorvido (Q) | Igual (Q) | Igual (Q) |
A Fórmula Mestra Modificada:
Sabemos que Q = m * c * Delta T.
Mas massa (m) = densidade (d) * Volume (V).
Então: Q = (d * V) * c * Delta T.
Isolando a variação de temperatura (Delta T):
Delta T = Q / (d * V * c)
Observação sobre Unidades:
A densidade está em kg e o calor específico em g.
Para fazer a conta dar certo, precisaríamos converter tudo para a mesma unidade. PORÉM, como vamos fazer uma razão (divisão) entre dois materiais, se usarmos as mesmas unidades para ambos (mesmo que “erradas” entre si), os fatores de conversão vão se cancelar matematicamente. O importante é usar a mesma unidade para o concreto e para a água.
PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)
Vamos calcular o Delta T de cada um e depois dividir.
Cálculo para a Água:
Delta T_agua = Q / (d_agua * V * c_agua)
Delta T_agua = Q / (1000 * V * 4,2)
Delta T_agua = Q / (4200 * V)
Cálculo para o Concreto:
Delta T_concreto = Q / (d_concreto * V * c_concreto)
Delta T_concreto = Q / (2500 * V * 0,8)
Delta T_concreto = Q / (2000 * V)
(Dica de cálculo mental: 2,5 vezes 8 é igual a 20. Logo, 2500 vezes 0,8 é igual a 2000).
A Razão Final (O Pulo do Gato):
A questão pede a razão entre concreto e água (Concreto / Água).
Razão = (Delta T_concreto) / (Delta T_agua)
Razão = [Q / (2000 * V)] / [Q / (4200 * V)]
Simplificando a fração de frações:
Corta o Q (é igual em cima e embaixo).
Corta o V (é igual em cima e embaixo).
Ficamos com o inverso:
Razão = 4200 / 2000
Razão = 42 / 20
Razão = 2,1.
🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
A armadilha aqui é inverter a ordem da divisão.
A questão pede “razão entre as variações nas áreas concretada e alagada“.
Isso significa (Concreto) / (Água).
Se você fizer (Água) / (Concreto) ou seja (2000 / 4200), vai achar aproximadamente 0,47. Como não tem essa alternativa, você ficaria desesperado. Mas lembre-se: quem aquece mais rápido fica no numerador se o resultado for maior que 1. O concreto tem calor específico menor (esquenta fácil), então a variação de temperatura dele tem que ser maior.
A Bússola (O Perfil do Culpado):
Síntese do raciocínio: O concreto tem “inércia térmica volumétrica” menor (2000 contra 4200), logo ele esquenta mais. Quantas vezes mais? 4200 dividido por 2000.
Expectativa: Procuramos o valor exato de 2,1.
PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)
Análise Individual:
- (A) 1,0.
Diagnóstico do Erro: Hipótese de Igualdade.
Isso só seria verdade se o produto (densidade vezes calor específico) fosse igual para os dois materiais. Como água e concreto são termicamente muito diferentes, é impossível.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta. - (B) 2,1.
Análise de Correspondência:
Resultado exato da divisão 4200 / 2000. Indica que a temperatura do concreto sobe 2,1 vezes mais que a da água para a mesma insolação.
Conclusão: ✔️ Alternativa correta. - (C) 2,5.
Diagnóstico do Erro: Comparação apenas de densidades.
O aluno pode ter dividido apenas as densidades (2500 / 1000 = 2,5), ignorando o calor específico.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta. - (D) 5,3.
Diagnóstico do Erro: Comparação apenas de calores específicos.
O aluno pode ter dividido apenas os calores específicos (4,2 / 0,8 = 5,25), ignorando a densidade.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta. - (E) 13,1.
Diagnóstico do Erro: Multiplicação cruzada errada.
Resultado aleatório vindo provavelmente de multiplicar fatores em vez de dividir.
Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)
Frase de Fechamento:
A variação de temperatura de um corpo depende de sua Capacidade Térmica Volumétrica (produto da densidade pelo calor específico); materiais como o concreto, que têm esse produto menor que o da água, aquecem e esfriam muito mais rapidamente, gerando as ilhas de calor urbanas.
Resumo-flash (A Imagem Mental):
A água é uma “esponja térmica” gigante (difícil de encher de calor); o concreto é um “copinho de café” (enche e transborda calor rápido).
Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Este princípio explica por que desertos são extremos (areia tem baixo calor específico, dia fervendo e noite gelada) e cidades litorâneas são estáveis (o mar regula a temperatura). Na Engenharia Civil, usamos “telhados verdes” (jardins no teto) justamente para trocar concreto por água (nas plantas) e terra, aumentando a inércia térmica do prédio e economizando ar-condicionado.
