Com a frequente adulteração de combustíveis, além de fiscalização, há necessidade de prover meios para que o consumidor verifique a qualidade do combustível. Para isso, nas bombas de combustível existe um densímetro, semelhante ao ilustrado na figura. Um tubo de vidro fechado fica imerso no combustível, devido ao peso das bolinhas de chumbo colocadas no seu interior. Uma coluna vertical central marca a altura de referência, que deve ficar abaixo ou no nível do combustível para indicar que sua densidade está adequada. Como o volume do líquido varia com a temperatura mais que o do vidro, a coluna vertical é preenchida com mercúrio para compensar variações de temperatura.
De acordo com o texto, a coluna vertical de mercúrio, quando aquecida,
A) indica a variação da densidade do combustível com a temperatura.
B) mostra a diferença de altura da coluna a ser corrigida.
C) mede a temperatura ambiente no momento do abastecimento.
D) regula a temperatura do densímetro de acordo com a do ambiente.
E) corrige a altura de referência de acordo com a densidade do líquido.
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Termologia (Dilatação Térmica de Líquidos)
- Hidrostática (Densidade, Empuxo / Princípio de Arquimedes)
- Interpretação de Texto Científico
Tema/Objetivo Geral:
Compreensão do funcionamento de um instrumento de medição (densímetro) e do mecanismo de compensação de temperatura utilizado para garantir sua precisão.
Nível da Questão
Médio – A questão é considerada de nível médio pois exige uma compreensão que vai além do funcionamento básico de um densímetro. O ponto central é entender o conceito de compensação, ou seja, como a dilatação de um segundo líquido (mercúrio) é usada para anular o erro de medição causado pela dilatação do líquido principal (combustível). É uma questão de interpretação e aplicação de múltiplos conceitos físicos.
Gabarito
Alternativa E. Esta alternativa está correta pois a função do mercúrio é expandir ou contrair com a temperatura, ajustando a posição da marca de referência para anular o efeito que a variação de temperatura tem sobre a densidade do combustível, garantindo assim uma leitura correta.
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
1.1 Transcrição Essencial
“De acordo com o texto, a coluna vertical de mercúrio, quando aquecida,…”
1.2 O que está sendo pedido?
A questão pede para identificarmos a função específica da coluna de mercúrio dentro do densímetro, especialmente quando a temperatura do sistema muda.
1.3 Objetivo Cristalino
Nossa meta é entender por que o mercúrio foi colocado ali. Devemos analisar como a temperatura afeta tanto o combustível quanto o mercúrio e deduzir como a ação de um compensa a do outro para que o aparelho funcione corretamente.
1.4 Pergunta de Atenção
Por que colocar um termômetro dentro de outro aparelho de medição? Será que a função dele é para o usuário ler a temperatura, ou será que ele está lá para ajustar o aparelho automaticamente, sem que ninguém perceba?
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
2.1 Definições e Fórmulas / explicação de termos
Para resolver esta questão, precisamos entender alguns conceitos físicos:
- Densímetro: É um instrumento que mede a densidade de líquidos. Seu funcionamento baseia-se no Princípio de Arquimedes. Ele flutua mais alto em líquidos mais densos e mais baixo (afunda mais) em líquidos menos densos. A leitura é feita em uma escala (a “altura de referência”).
- Densidade (d): É a relação entre a massa (m) e o volume (V) de uma substância (d = m/V). Para a maioria dos líquidos, quando a temperatura aumenta, o volume também aumenta (dilatação), e como a massa é constante, a densidade diminui.
- Dilatação Térmica: É o fenômeno pelo qual as dimensões (volume, no caso dos líquidos) de um corpo aumentam quando sua temperatura aumenta. O texto afirma que o combustível se dilata com a temperatura.
- Compensação de Temperatura: É o mecanismo pelo qual um instrumento é projetado para anular os efeitos da variação de temperatura, garantindo que sua medição permaneça precisa. O texto nos diz que o mercúrio está lá para “compensar variações de temperatura“.
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
3.1 Contextualização Simplificada
Pense no densímetro como um navio flutuando no combustível. A “linha d’água” (a altura de referência) nos diz a densidade. O problema é que, quando esquenta, o combustível fica menos denso, e o navio afunda um pouco, o que daria uma leitura errada. Para consertar isso, os engenheiros colocaram um termômetro de mercúrio dentro do navio, mas com um truque: a “coluna” do termômetro é a própria linha de referência. Quando esquenta, o navio afunda, mas ao mesmo tempo, o mercúrio dentro dele sobe. O projeto é feito de tal forma que a subida do mercúrio cancela exatamente o afundamento do navio, e a linha d’água (a referência) continua no lugar certo, dando a leitura correta da densidade. A pergunta é: qual o trabalho desse termômetro interno?
3.2 Estratégia Geral
- Entender o problema principal: a mudança de temperatura altera a densidade do combustível e, portanto, alteraria a leitura do densímetro.
- Identificar a solução proposta no texto: uma coluna de mercúrio.
- Analisar como o mercúrio se comporta com a mudança de temperatura (ele dilata, ou seja, sobe na coluna).
- Conectar o comportamento do mercúrio com a sua função de “compensar”, ou seja, de corrigir o erro que seria introduzido pela temperatura.
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Análise Lógica
4.1 Passo a Passo Detalhado
Vamos seguir a cadeia de causa e efeito:
- A Perturbação: A temperatura do combustível aumenta (por exemplo, em um dia quente).
- Efeito no Combustível: O combustível dilata, seu volume aumenta e sua densidade diminui.
- Efeito no Densímetro (sem compensação): Como o combustível está menos denso, o empuxo sobre o densímetro diminui, e o densímetro afunda um pouco. Isso faria com que a altura de referência mostrasse uma densidade incorreta.
- Ação do Mercúrio: Ao mesmo tempo, o mercúrio dentro do densímetro também esquenta e dilata. Como ele está contido em uma coluna fina, seu volume aumentado se traduz em uma subida significativa de sua altura.
- A Compensação: A altura de referência é a própria altura da coluna de mercúrio. A subida da coluna de mercúrio é projetada para ser igual ao quanto o densímetro afundou. Um efeito anula o outro.
Conclusão: A função da coluna de mercúrio é corrigir a posição da altura de referência para que ela continue indicando a densidade correta do combustível, independentemente da temperatura.
4.3 Possível armadilha
A principal armadilha é a alternativa C: “mede a temperatura ambiente”. Embora a coluna de mercúrio funcione, de fato, como um termômetro (sua altura varia com a temperatura), seu propósito no aparelho não é informar a temperatura ao usuário, mas sim ajustar o próprio aparelho automaticamente. É uma diferença sutil, mas crucial, de função.
4.4 Fechamento e expectativa
O raciocínio nos leva a procurar uma alternativa que descreva o papel do mercúrio como um corretor ou ajustador da escala do densímetro, para compensar os efeitos da temperatura sobre a densidade do combustível.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
5.1 Listagem das Alternativas
A) indica a variação da densidade do combustível com a temperatura.
B) mostra a diferença de altura da coluna a ser corrigida.
C) mede a temperatura ambiente no momento do abastecimento.
D) regula a temperatura do densímetro de acordo com a do ambiente.
E) corrige a altura de referência de acordo com a densidade do líquido.
5.2 Justificativa Individual
- 🔴 A) indica a variação da densidade do combustível com a temperatura: Incorreta. O densímetro como um todo indica a densidade. A coluna de mercúrio, especificamente, está lá para garantir que essa indicação seja correta, apesar da variação com a temperatura. Ela não indica a variação, ela a compensa.
- 🔴 B) mostra a diferença de altura da coluna a ser corrigida: Incorreta. Ela não “mostra” uma diferença a ser corrigida por alguém; ela faz a correção automaticamente.
- 🔴 C) mede a temperatura ambiente no momento do abastecimento: Incorra. Como explicado na armadilha, esta não é sua função principal no aparelho. Sua variação com a temperatura é usada para um ajuste interno, não para uma leitura externa.
- 🔴 D) regula a temperatura do densímetro de acordo com a do ambiente: Incorreta. O mercúrio não tem a capacidade de “regular” ou controlar a temperatura. Ele apenas entra em equilíbrio térmico com o ambiente e se dilata ou contrai como consequência.
- 🟢 E) corrige a altura de referência de acordo com a densidade do líquido: Correta. Esta é a descrição mais precisa. A densidade do líquido muda com a temperatura. A altura da coluna de mercúrio (a referência) também muda com a temperatura, de forma a corrigir a leitura, garantindo que o aparelho sempre mostre a densidade real.
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
6.1 Resumo do Raciocínio
O problema descreve um densímetro termocompensado. A variação de temperatura afeta a densidade do combustível, o que causaria um erro na medição. A coluna de mercúrio, por também sofrer dilatação térmica, ajusta a altura da marca de referência do instrumento para anular esse erro, corrigindo a leitura e garantindo sua precisão.
6.2 Gabarito Reafirmado
A alternativa correta é a E.
6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
Lembre-se da diferença entre medir e compensar. O mercúrio neste aparelho não está lá para dizer a temperatura, mas para fazer com que o densímetro funcione como se a temperatura não importasse.
