Duas jarras idênticas foram pintadas, uma de branco e a outra de preto, e colocadas cheias de água na geladeira. No dia seguinte, com a água a 8 °C, foram retiradas da geladeira e foi medido o tempo decorrido para que a água, em cada uma delas, atingisse a temperatura ambiente. Em seguida, a água das duas jarras foi aquecida até 90 °C e novamente foi medido o tempo decorrido para que a água nas jarras atingisse a temperatura ambiente.
Qual jarra demorou menos tempo para chegar à temperatura ambiente nessas duas situações?
A) A jarra preta demorou menos tempo nas duas situações.
B) A jarra branca demorou menos tempo nas duas situações.
C) As jarras demoraram o mesmo tempo, já que são feitas do mesmo material.
D) A jarra preta demorou menos tempo na primeira situação e a branca, na segunda.
E) A jarra branca demorou menos tempo na primeira situação e a preta, na segunda.
Resolução em texto
📘 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
Física – Termologia (Transferência de Calor, Emissividade e Absorção Térmica)
📔 Nível da Questão:
Fácil
✅ Gabarito:
A) A jarra preta demorou menos tempo nas duas situações.
🎯 Tema/Objetivo Geral:
Analisar como a cor de um objeto influencia na troca de calor com o meio por radiação, tanto no aquecimento quanto no resfriamento.
🔷 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Comando da questão: “Qual jarra demorou menos tempo para chegar à temperatura ambiente nessas duas situações?”
📌 Explicação detalhada: A questão descreve duas experiências:
- Jarras com água fria (8 °C) sendo aquecidas até a temperatura ambiente.
- Jarras com água quente (90 °C) sendo resfriadas até a temperatura ambiente.
📌 Palavras-chave:
- “jarra preta” e “jarra branca”
- “temperatura ambiente”
- “menos tempo”
- “duas situações”
📌 Objetivo: Compreender qual das jarras realiza a troca de calor mais rapidamente (em ambos os sentidos) e como a cor influencia esse processo.
➡️ Agora que o objetivo está claro, vamos revisar os conceitos físicos por trás disso.
🔷 Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 1. Radiação térmica: É uma forma de transferência de calor que ocorre por meio da emissão de ondas eletromagnéticas (principalmente infravermelho), sem necessidade de contato direto.
📌 2. Emissividade e Absorvância:
- Objetos escuros (pretos) absorvem e emitem mais radiação térmica.
- Objetos claros (brancos) refletem mais e trocam menos calor com o meio.
✔ Por isso:
- Um corpo preto aquece mais rápido ao absorver calor do ambiente.
- E também resfria mais rápido ao emitir calor para o ambiente.
📌 3. Lei de Stefan-Boltzmann (sem cálculo): A taxa de emissão de calor por radiação depende da cor: quanto mais escura a superfície, maior a troca de calor com o ambiente.
➡️ Agora vamos interpretar o texto da questão com base nesses conceitos.
🔷 Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Situação 1 – Água a 8 °C em ambiente quente: → Aqui ocorre aquecimento. A jarra que absorve mais calor (jarra preta) esquentará mais rápido.
📌 Situação 2 – Água a 90 °C em ambiente frio: → Aqui ocorre resfriamento. A jarra que emite mais calor (jarra preta) resfriará mais rápido.
📌 Frase-chave: “Demorou menos tempo para chegar à temperatura ambiente nas duas situações.”
📌 Relação com a física: A jarra preta tem maior absorção e emissão de calor, por isso sua água se adapta mais rapidamente à temperatura ambiente, tanto partindo do frio quanto do quente.
➡️ Com a interpretação feita, vamos sintetizar o raciocínio.
🔷 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
📌 Não há cálculo direto, mas o raciocínio é baseado em propriedades térmicas:
✔ No aquecimento (água sai de 8 °C até o ambiente):
- A jarra preta absorve mais radiação térmica do ambiente.
- Logo, a água na jarra preta aquece mais rapidamente.
✔ No resfriamento (água sai de 90 °C até o ambiente):
- A jarra preta emite mais radiação térmica.
- Portanto, a água esfria mais rapidamente.
📌 Resumo da lógica: Preto = mais eficiente na troca de calor
→ Demora menos tempo para igualar à temperatura ambiente.
🔷 Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
📌 Alternativas apresentadas:
A) A jarra preta demorou menos tempo nas duas situações. ✅
✔ Correta. A jarra preta troca calor mais rápido (absorve e emite mais).
B) A jarra branca demorou menos tempo nas duas situações. ❌
✘ Errada. A jarra branca reflete mais e troca menos calor.
C) As jarras demoraram o mesmo tempo. ❌
✘ Errada. A cor altera significativamente a taxa de troca de calor.
D) A preta demorou menos na primeira e a branca na segunda. ❌
✘ Errada. A preta é mais eficiente nas duas situações.
E) A branca demorou menos na primeira e a preta na segunda. ❌
✘ Errada. Inverso do real comportamento.
✅ Gabarito correto: A
🔷 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
📌 Resumo do raciocínio:
Como a jarra preta apresenta maior capacidade de absorver e emitir calor, ela aquece mais rapidamente quando a água está fria e também esfria mais rapidamente quando a água está quente.
📌 Reafirmação da alternativa correta:
A alternativa correta é a A, pois a jarra preta sempre troca calor mais rapidamente com o ambiente.
🔍 Resumo Final:
Jarras de cores diferentes trocam calor com velocidades distintas. A preta, sendo mais emissiva e absorvente, se ajusta mais rapidamente à temperatura ambiente. Por isso, em ambas as situações, a água da jarra preta chega primeiro à temperatura ambiente.
✅ Gabarito: A
