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O quilograma é a última unidade a depender de um objeto concreto, chamado de Protótipo Internacional do Quilograma, conhecido também como “Le Grand K”, que fica armazenado no Escritório Internacional de Pesos e Medidas. O protótipo remete a um pequeno cilindro composto de uma liga metálica de platina e de irídio. (http://piaui.folha.uol.com.br. Adaptado) Dado que a platina e o irídio possuem densidade iguais a 21,45 g/cm3 e 22,65 g/cm3, respectivamente, e que a quanti- dade de platina utilizada na composição da liga é 9 vezes a quantidade de irídio, então a densidade da liga metálica do Protótipo Internacional do Quilograma é igual a

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Alternativa B - 21,57 g/cm³.
A questão aborda o cálculo da densidade de uma liga metálica, especificamente a que compõe o Protótipo Internacional do Quilograma ("Le Grand K"). Este problema é um excelente exemplo da aplicação do conceito de densidade em misturas, onde dois ou mais materiais com densidades e proporções diferentes são combinados para formar um novo material com uma densidade resultante. Compreender como a densidade se comporta em ligas é fundamental em diversas áreas da engenharia e da ciência dos materiais.
A densidade (ρ) de um material é definida como a sua massa (m) dividida pelo seu volume (V), ou seja, ρ = m / V. Quando trabalhamos com ligas metálicas ou misturas, a densidade da liga é a massa total da mistura dividida pelo volume total da mistura.
Para uma liga composta por dois metais, M1 e M2: ρ_liga = (m₁ + m₂) / (V₁ + V₂)
Sabemos que V = m / ρ. Portanto, podemos expressar os volumes individuais em termos de suas massas e densidades: V₁ = m₁ / ρ₁ V₂ = m₂ / ρ₂
Substituindo estas expressões na fórmula da densidade da liga, obtemos: ρ_liga = (m₁ + m₂) / [(m₁ / ρ₁) + (m₂ / ρ₂)]
No problema dado:
Vamos definir a massa de irídio como 'x'. Assim, m_Ir = x. Consequentemente, a massa de platina será m_Pt = 9x.
Agora, podemos substituir esses valores na fórmula da densidade da liga: Massa total da liga = m_Pt + m_Ir = 9x + x = 10x
Volume total da liga = V_Pt + V_Ir = (m_Pt / ρ_Pt) + (m_Ir / ρ_Ir) Volume total da liga = (9x / 21,45) + (x / 22,65)
Finalmente, a densidade da liga será: ρ_liga = (10x) / [(9x / 21,45) + (x / 22,65)]
Podemos fatorar 'x' do denominador: ρ_liga = (10x) / {x × [(9 / 21,45) + (1 / 22,65)]}
O termo 'x' pode ser cancelado, simplificando a equação: ρ_liga = 10 / [(9 / 21,45) + (1 / 22,65)]
Vamos calcular o valor da densidade da liga utilizando a fórmula derivada e os valores fornecidos:
Cálculo dos termos no denominador:
Soma dos termos no denominador:
Cálculo da densidade da liga:
Arredondando para duas casas decimais, obtemos 21,57 g/cm³.
Comparando com as alternativas:
| Alternativa | Valor (g/cm³) | Análise | | :---------- | :------------ | :--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | (A) | 21,46 | Incorreta. Este valor é muito próximo da densidade da platina, mas não representa a densidade da liga, que deve ser uma média ponderada. | | (B) | 21,57 | Correta. Este valor corresponde ao cálculo detalhado da densidade da liga, considerando as proporções de massa de platina e irídio e suas respectivas densidades. | | (C) | 21,65 | Incorreta. O cálculo não resulta neste valor. | | (D) | 21,88 | Incorreta. O cálculo não resulta neste valor. Este valor é uma média aritmética simples (21,45 + 22,65) / 2 = 22,05, mas a proporção não é igual. Se fosse, seria 22,05. Esta alternativa está incorreta. | | (E) | 22,05 | Incorreta. O cálculo não resulta neste valor. Este valor é a média aritmética simples (21,45 + 22,65) / 2 = 22,05, que seria a densidade se as massas (ou volumes, dependendo do contexto) fossem iguais, o que não é o caso aqui (9:1 massa). |
A densidade da liga metálica do Protótipo Internacional do Quilograma é calculada como uma média ponderada das densidades da platina e do irídio, considerando a proporção de suas massas. Ao aplicar corretamente a fórmula para a densidade de uma mistura, onde a massa total é dividida pelo volume total (sendo cada volume derivado da massa e densidade de cada componente), e ao substituir os valores e a relação de massa fornecidos (m_Pt = 9 × m_Ir), o resultado obtido é de aproximadamente 21,57 g/cm³. Este valor reflete a predominância da platina na composição da liga, o que faz com que a densidade da liga seja mais próxima da densidade da platina do que da densidade do irídio.
Alternativa B.