FUVEST - 2025 - Questão 74

UM ARTIGO PUBLICADO EM 2018, NA REVISTA BRASILEIRA DE ENSINO DE FISICA, REPORTA UM CURIOSO ESTUDO SOBRE A PRESSAO INTERNA DE ``FOGUETES DE GARRAFA PET'', PROPULSIONADOS A PARTIR DA REACAO QUIMICA ENTRE ACIDO ACETICO E BICARBONATO DE SODIO.\TEXTSUPERSCRIPT{[1]} UMA MISTURA DE VINAGRE (QUE CONTEM ACIDO ACETICO, CH_3COOH) COM BICARBONATO DE SODIO (NAHCO_3) PRODUZ GAS CARBONICO (CO_2) POR MEIO DA REACAO QUIMICA REPRESENTADA PELA SEGUINTE EQUACAO: \BEGIN{CENTER} CH_3COOH + NAHCO_3 \RIGHTARROW CH_3COONA + CO_2 + H_2O \END{CENTER} A REACAO OCORRE NO INTERIOR DE UMA GARRAFA PET DE 2 L DE VOLUME UTIL TOTAL, DA QUAL FOI RETIRADO TODO O AR. INSERE-SE NA GARRAFA UM VOLUME INICIAL V_{VIN} DE VINAGRE LIQUIDO E BICARBONATO DE SODIO, SENDO A GARRAFA POSTERIORMENTE SELADA COM UMA TAMPA ACOPLADA A UM MANOMETRO. A REACAO PRODUZIRA GAS CARBONICO QUE OCUPARA UM VOLUME V_{CO_2} E EXERCERA UMA PRESSAO P_{CO_2} SOBRE A TAMPA DA GARRAFA, MEDIDA PELO MANOMETRO, COMO MOSTRA A FIGURA. \BEGIN{FLUSHRIGHT} \BEGIN{FOOTNOTESIZE} [1] FONSECA ET AL, RBEF, VOL. 40, Nº 3, E3504 (2018). DISPONIVEL EM HTTP://DX.DOI.ORG/10.1590/1806-9126-RBEF- 2017-0340. \END{FOOTNOTESIZE} \END{FLUSHRIGHT} CONSIDERE AGORA UM OUTRO EXPERIMENTO FEITO EM CONDICOES SEMELHANTES, EM QUE O MANOMETRO INDICA UMA PRESSAO DE 5 ATM E, SEM QUE A PRESSAO NO INTERIOR DA GARRAFA SE ALTERE, ELE E CUIDADOSAMENTE SUBSTITUIDO POR UMA ROLHA DE 10 G DE MASSA E 2 CM DE DIAMETRO (IGUAL AO DIAMETRO INTERNO DO BOCAL DA GARRAFA). LOGO APOS A ROLHA SER ENCAIXADA NO LOCAL, ELA E EXPELIDA DEVIDO A PRESSAO INTERNA DA GARRAFA SER MAIOR QUE A PRESSAO ATMOSFERICA. A ACELERACAO DA ROLHA NO MOMENTO EM QUE ELA E EXPELIDA E DE, APROXIMADAMENTE, \BEGIN{MULTICOLS}{3} \BEGIN{ENUMERATE}[LABEL=({\ALPH*})] \ITEM 12 M/S^2. \ITEM 120 M/S^2. \ITEM 1200 M/S^2. \ITEM 12000 M/S^2. \ITEM 120000 M/S^2. \END{ENUMERATE} \END{MULTICOLS} \BEGIN{TCOLORBOX}[HBOX] NOTE E ADOTE: ASSUMA QUE A PRESSAO ATMOSFERICA SEJA DE 1 ATM = 10^5 PA. UTILIZE PI = 3. CONSIDERE QUE AS FORCAS RELEVANTES ATUANDO SOBRE A ROLHA NO MOMENTO EM QUE E EXPELIDA SAO APENAS AQUELAS RELATIVAS A DIFERENCA DE PRESSAO ENTRE OS SEUS LADOS INTERNO E EXTERNO. \END{TCOLORBOX}