A quantidade de energia fornecida pelos alimentos industrializados sempre é especificada nas embalagens. Uma porção de 100 g de um determinado biscoito, por exemplo, fornece ao nosso organismo cerca de 470 kcal.
a) Se essa quantidade de calor fosse transferida à água a 0°C, na fase líquida, calcule a massa de água que poderia ser aquecida até 100°C.
b) Se alguém decidir gastar essa quantidade de energia subindo uma escada cujos degraus têm 25 cmde altura, determine a quantidade de degraus que ela deve subir, considerando a pessoa com 80 kg?
a) Comecemos pela equação do calor:
no caso em que desejamos aquecer a água de 0ºC até 100ºC, temos que ,
O calor específico da água é
E o calor total transferido para a água é
Substituindo na equação do calor, temos:
portando,
b)
Aqui, devemos calcular a altura que uma pessoa deve atingir para possuir energia potencial gravitacional igual a 470kcal.
Primeiro, precisamos transformar a unidade de kcal para J. Para isso, basta multiplicar por 4,2.
A energia potencial é
Onde m = 80kg, g = 10 m/s² e , onde n é o número de degraus e 0,25 é a altura de cada degrau em metros.
Assim, temos
A resposta é, então, 9870 degraus.
a)
Para calcular a massa de água, usamos a fórmula da calorimetria:
é a quantidade de calor absorvida ou liberada
é a massa
é a capacidade térmica específica
é a variação de temperatura
A variação de temperatura () é de
Para determinar a quantidade de degraus que uma pessoa deve subir para gastar a energia fornecida, podemos usar a energia potencial gravitacional. A fórmula para a energia potencial gravitacional é dada por:
é a massa (em kg)
é a aceleração devida à gravidade (aproximadamente 9,8?m/s2 ou 10m/s2)
é a altura (em metros)
Precisamos converter Kcal para J/kg, ou seja, multiplicamos 470kcal por 4.200 = 1,974.000 J/kg.
Converteremos também 25cm para metros, ou seja, dividimos 25 por 100= 0,25 m.
A massa é 80kg.
A gravidade é 10m/s2.
A altura é 0,25. x ( é a quantidade de degraus).
Agora substituimos na fórmula
1974000= 80. 10. 0,25 . x
1974000= 200. x
x= 1974000/200
x= 9.870 degraus.