Inspirada pelo histórico experimento de James Joule sobre o "equivalente mecânico do calor", uma estudante decide montar um aparato similar para sua feira de ciências. O objetivo é demonstrar que o trabalho mecânico pode ser convertido em calor, aquecendo um líquido. No experimento, ela utiliza um bloco que, ao cair, gira um conjunto de pás imerso em um líquido dentro de um calorímetro termicamente isolado.
Em sua montagem, a estudante utiliza um bloco de 20 kg que cai de uma altura de 20 m com velocidade praticamente constante, fazendo com que o trabalho de sua força peso seja integralmente convertido em calor no líquido. O líquido no calorímetro tem massa de 5 kg e seu calor específico é de 4.000 J/(kg·K). A estudante dispõe de um termômetro digital cuja precisão é de 0,1 K (ou 0,1 °C). Para os cálculos, a aceleração da gravidade deve ser considerada como 10 m/s2, e todos os atritos, exceto o das pás com o líquido, devem ser desprezados.
Nessas condições, ao final do experimento, a estudante
Iguale a energia potencial gravitacional do bloco em queda à energia térmica absorvida pelo líquido (calor sensível). Calcule a variação de temperatura e compare com a precisão do termômetro!