Questão 99 do ENEM 2021 — Ciências da Natureza

ENEM 2021Ciências da Natureza1ª aplicação

Na cidade de São Paulo, as ilhas de calor são responsáveis pela alteração da direção do fluxo da brisa marítima que deveria atingir a região de mananciais. Mas, ao cruzar a ilha de calor, a brisa marítima agora encontra um fluxo de ar vertical, que transfere para ela energia térmica absorvidas das superfícies quentes da cidade, deslocando-a para altas altitudes. Dessa maneira, há condensação e chuvas fortes no centro da cidade, em vez de na região de mananciais. A imagem apresenta os três subsistemas que trocam energia nesse fenômeno.

No processo de fortes chuvas no centro da cidade de São Paulo,  há dois mecanismos dominantes de transferência de calor: entre o Sol e ilha de calor, e entre a ilha de calor e a brisa marítima.

 

VIVEIROS, M. Ilhas de calor afastam chuvas de represas.

Disponível em: www2.feis.unesp.br. Acesso em: 3 de dez. 2019 (adaptado).

Esses mecanismos são, respectivamente,
irradiação e convecção.
Resposta correta
B
irradiação e irradiação.
C
condução e irradiação.
D
convecção e irradiação.
E
convecção e convecção.
Gabarito oficial: alternativa A

Resolução comentada

Para resolvermos essa questão, precisamos analisar os dois momentos de transferência de calor descritos no enunciado e associá-los aos 33 processos clássicos de propagação térmica que estudamos na Física: condução, convecção e irradiação.

Do Sol para a Ilha de Calor

O primeiro mecanismo questionado é a transferência de energia térmica entre o Sol e a cidade (a ilha de calor). Sabemos que o espaço entre o Sol e a Terra é, em sua quase totalidade, composto por vácuo.

A condução e a convecção são processos que necessitam obrigatoriamente de um meio material para ocorrer (sólidos, líquidos ou gases). Como não há matéria no espaço sideral para transportar esse calor, a única forma de a energia solar chegar até a superfície terrestre é através de ondas eletromagnéticas (principalmente na faixa do infravermelho e da luz visível). Esse processo de transferência de calor por ondas eletromagnéticas, que pode ocorrer até mesmo no vácuo, é chamado de irradiação (ou radiação térmica).

Da Ilha de Calor para a Brisa Marítima

O segundo mecanismo ocorre quando a brisa marítima cruza a cidade quente. O próprio enunciado nos dá a dica de ouro ao mencionar que a brisa "encontra um fluxo de ar vertical" e é deslocada "para altas altitudes".

O que acontece fisicamente aqui? O asfalto e os prédios da cidade, muito quentes, aquecem a camada de ar imediatamente acima deles. Quando esse ar esquenta, ele sofre expansão térmica, o que diminui a sua densidade. Por ser menos denso (mais "leve") que o ar frio ao seu redor, esse ar quente sobe, carregando consigo a energia térmica. Esse transporte de calor que ocorre através da movimentação de massas de um fluido (neste caso, o gás que compõe o ar) devido a diferenças de densidade é a exata definição de convecção.

Conclusão

Resumindo os processos que identificamos:

  • A energia viaja do Sol até a Terra por irradiação.
  • O calor é levado para as altas altitudes pelo movimento do ar quente, caracterizando a convecção.

Portanto, os mecanismos dominantes são, respectivamente, irradiação e convecção, o que nos leva à alternativa correta.

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Fonte: prova oficial do ENEM 2021 (INEP). Resolução comentada pela equipe do Alvo ENEM.