Questão 115 — ENEM 2022Caderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Termologia (calor sensível, Q = m·c·ΔT)
• ⚡ Nível: Médio — envolve aplicar a equação fundamental do calor sensível, lembrar da relação entre massa, densidade e volume e comparar duas situações com a mesma energia absorvida
• 🎯 Tema/Habilidade BNCC: Calor sensível e propriedades térmicas dos materiais — comparação das ilhas de calor urbanas com áreas naturais
• 🏆 Gabarito: revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Com o mesmo volume recebendo a mesma quantidade de radiação, qual é a razão entre a variação de temperatura do concreto e a variação de temperatura da água?"
• Palavras-chave decisivas: mesmo volume, toda a radiação é absorvida, calor específico, densidade, razão ΔT_concreto/ΔT_água
• Armadilha típica: trocar a ordem da razão (pôr água no numerador e dar 0,38) ou esquecer de converter volume em massa via densidade, tratando o concreto e a água como se tivessem a mesma massa
• O que a resposta precisa demonstrar: que o concreto aquece mais do que a água porque tem calor específico menor, e quantificar em quantas vezes isso ocorre usando Q = m·c·ΔT com as massas corretas (obtidas pela densidade)

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Calor sensível: quando um corpo absorve energia sem mudar de estado, sua temperatura varia segundo Q = m·c·ΔT, em que m é a massa, c o calor específico e ΔT a variação de temperatura.
• Calor específico (c): quantidade de energia necessária para aumentar em 1 °C a temperatura de 1 g (ou 1 kg) da substância. Quanto maior o c, mais "difícil" é aquecer o material. A água tem c muito alto (≈ 4,2 J/(g·°C)), e o concreto tem c baixo (≈ 0,8 J/(g·°C)).
• Densidade (ρ): razão entre massa e volume, ρ = m/V. Como o enunciado fala em "mesmo volume", precisamos converter volume em massa para poder usar Q = m·c·ΔT.
• Ilha de calor urbana: fenômeno em que centros urbanos ficam mais quentes que áreas rurais porque concreto, asfalto e telhas absorvem e esquentam rapidamente. A física disso é justamente o baixo calor específico dos materiais de construção.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "substituição da área concretada por um mesmo volume de água" → o volume V é igual nos dois casos; logo, as massas serão diferentes, proporcionais às densidades.
• Evidência 2: "considerando que toda a radiação é absorvida" → a energia Q absorvida é a mesma nos dois casos, o que permite igualar Q_água = Q_concreto.
• Evidência 3 (tabela da figura): a tabela apresenta densidade e calor específico: água com ρ = 1000 kg/m³ e c = 4,2 J/(g·°C); concreto com ρ = 2500 kg/m³ e c = 0,8 J/(g·°C).
• Síntese: igualando Q_concreto = Q_água, obtemos m_concreto·c_concreto·ΔT_concreto = m_água·c_água·ΔT_água. Substituindo m = ρ·V e cancelando V, aparece a razão ΔT_concreto/ΔT_água = (ρ_água·c_água)/(ρ_concreto·c_concreto).

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Escrever a equação de calor sensível para cada caso

Como toda a radiação é absorvida, a energia Q recebida pelas duas situações é a mesma. Logo:

Q = m_concreto · c_concreto · ΔT_concreto = m_água · c_água · ΔT_água

Subpasso 4.2 — Escrever massa em função de densidade e volume

Como m = ρ·V e o volume V é o mesmo nos dois casos, substituímos:

ρ_concreto · V · c_concreto · ΔT_concreto = ρ_água · V · c_água · ΔT_água

O V aparece dos dois lados e se cancela:

ρ_concreto · c_concreto · ΔT_concreto = ρ_água · c_água · ΔT_água

Subpasso 4.3 — Isolar a razão ΔT_concreto/ΔT_água

Dividindo os dois lados por (ρ_concreto · c_concreto · ΔT_água):

ΔT_concreto / ΔT_água = (ρ_água · c_água) / (ρ_concreto · c_concreto)

Subpasso 4.4 — Substituir números

• ρ_água = 1000 kg/m³; c_água = 4,2 J/(g·°C)
• ρ_concreto = 2500 kg/m³; c_concreto = 0,8 J/(g·°C)

Numerador: 1000 × 4,2 = 4200

Denominador: 2500 × 0,8 = 2000

Razão: 4200 ÷ 2000 = 2,1

Subpasso 4.5 — Verificação

O resultado 2,1 faz sentido fisicamente: o concreto deve aquecer mais rápido do que a água (confirmado pela razão ser maior que 1), porque seu calor específico é muito menor, mesmo tendo densidade maior. A diferença é de pouco mais que o dobro: para cada 1 °C que a água esquenta, o concreto esquenta 2,1 °C.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) 1,0.

❌ Incorreta: só daria 1,0 se concreto e água aquecessem igualmente, o que ignora o fato de que têm calor específico e densidade diferentes. Corresponde a fingir que não há termologia aqui.

B) 2,1.

✅ Correta: aplicando Q = m·c·ΔT com as mesmas energias absorvidas e volumes iguais, chega-se a ΔT_concreto/ΔT_água = (ρ_água·c_água)/(ρ_concreto·c_concreto) = (1000×4,2)/(2500×0,8) = 4200/2000 = 2,1.

C) 2,5.

❌ Incorreta: 2,5 é exatamente a razão das densidades (2500/1000). Quem marcou isso esqueceu de incluir o calor específico na conta e tratou o problema só com densidade.

D) 5,3.

❌ Incorreta: esse valor aparece de uma conta mal montada, geralmente multiplicando em vez de dividir algum dos fatores (por exemplo, calculando (ρ_água·c_água)/(ρ_concreto·c_concreto) mas somando em vez de cancelar adequadamente, ou trocando c da água com o do concreto em posição errada).

E) 13,1.

❌ Incorreta: corresponde a multiplicar todas as grandezas em vez de dividir, ignorando que os volumes se cancelam. Também é um valor fisicamente exagerado: seria dizer que o concreto esquenta treze vezes mais que a água, o que não se observa na prática.

🏆 Gabarito: B — a razão ΔT_concreto/ΔT_água = (ρ_água · c_água)/(ρ_concreto · c_concreto) = 4200/2000 = 2,1.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: apenas a alternativa B (2,1) resulta da aplicação correta de Q = m·c·ΔT com a conversão m = ρ·V para igualar volumes entre as duas situações.
• Padrão de cobrança: o ENEM frequentemente cobra calor específico em contextos aplicados — aquecimento de água em chuveiros, ilhas de calor urbanas, impacto ambiental. A chave é sempre Q = m·c·ΔT e lembrar de converter volume em massa quando a questão compara volumes iguais.
• Generalização: quando dois materiais absorvem a mesma energia com o mesmo volume, a razão das variações de temperatura é inversa ao produto (ρ·c). Quanto maior o (ρ·c), menor a variação de temperatura — por isso a água, com ρ·c = 4200, é um termorregulador tão eficiente no clima do planeta.
• Dica de eliminação rápida: descarte logo a alternativa 1,0 (ignoraria toda a termologia) e a alternativa 2,5 (seria só a razão das densidades). Isso já elimina duas opções em 10 segundos.
• Conexões com outros temas: equilíbrio térmico por calorimetria, calor latente em mudanças de estado, conservação de energia térmica, clima e oceanos (a água como moderador climático), e eficiência energética em construções sustentáveis.