Questão 73 — ENEM 2016 Reaplicação

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Termodinâmica (máquinas térmicas, ciclo Otto) e leitura de diagramas P-V
• ⚡ Nível: Médio — não exige cálculo, mas depende de traduzir corretamente cada trecho do gráfico pressão × volume em um evento físico real do motor
• 🎯 Tema/Habilidade: Funcionamento do motor de combustão interna (ciclo Otto) e interpretação de diagramas pressão-volume
• 🏆 Gabarito: C — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "No diagrama P-V do motor a gasolina, identifique o ponto exato do ciclo em que a vela produz a centelha que inicia a combustão."
• Palavras-chave decisivas: centelha elétrica, entra em combustão, diagrama da pressão em função do volume
• Armadilha típica: confundir o ponto em que a compressão termina mecanicamente com o ponto em que a pressão já está no seu valor máximo — levando o candidato a marcar o ponto anterior (compressão ainda em curso) ou o posterior (explosão já concluída) em vez do ponto exato da ignição.
• O que a resposta precisa demonstrar: que o estudante entende que a centelha é a causa da subida abrupta de pressão a volume constante, e que essa causa só pode estar localizada no instante em que essa subida começa — ou seja, na fronteira entre compressão e explosão.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Ciclo Otto (motor 4 tempos a gasolina): sequência cíclica de quatro etapas — admissão, compressão, explosão/expansão e escape — que converte energia química do combustível em trabalho mecânico no eixo do motor.
• Diagrama P-V: cada etapa do ciclo aparece como um trecho da curva. Segmentos verticais representam processos a volume constante (isocóricos), ocorrendo com o pistão praticamente parado; segmentos inclinados/curvos representam processos em que o volume varia, ou seja, o pistão está em movimento.
• Ignição por centelha: nos motores a gasolina (ciclo Otto), uma vela de ignição gera uma faísca elétrica que inflama a mistura ar/combustível já comprimida. A queima é tão rápida que o pistão não tem tempo de se deslocar de forma significativa durante ela — por isso a explosão aparece no gráfico como uma reta quase vertical.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "ciclo consiste em quatro etapas: admissão, compressão, explosão/expansão e escape" → define a ordem cronológica obrigatória dos eventos: primeiro a mistura entra (admissão), depois é comprimida (compressão), em seguida ocorre a explosão seguida da expansão, e por fim os gases são expelidos (escape).
• Evidência 2: "a mistura ar/combustível entra em combustão por uma centelha elétrica" → deixa explícito que a centelha é o gatilho da etapa de explosão. Logo, ela precisa estar posicionada exatamente no ponto em que a etapa de compressão termina e a etapa de explosão começa — não antes (mistura ainda não comprimida o suficiente) nem depois (explosão já concluída).
• Síntese: basta localizar, no diagrama, o ponto que ao mesmo tempo (i) fecha a curva de compressão e (ii) é a base do segmento vertical de subida brusca de pressão. Esse ponto é o local da centelha.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Identificando as quatro etapas no diagrama

Percorrendo o ciclo na ordem descrita pelo enunciado, cada trecho do gráfico corresponde a uma etapa do motor:

• Admissão: trecho a pressão praticamente constante, com o volume aumentando — a válvula de admissão está aberta e o pistão desce, puxando a mistura ar/combustível para dentro do cilindro.
• Compressão: curva ascendente, com o volume diminuindo e a pressão subindo de forma gradual — as duas válvulas estão fechadas e o pistão sobe, comprimindo a mistura antes de ela ser inflamada.
• Explosão: segmento vertical, a volume praticamente constante, com a pressão disparando — é aqui que a mistura comprimida é inflamada e libera sua energia quase instantaneamente, sem que o pistão consiga se mover.
• Expansão: curva descendente, com o volume aumentando e a pressão caindo — os gases queimados, a altíssima pressão, empurram o pistão para baixo e realizam o trabalho útil do motor.
• Escape: fechamento do ciclo — a válvula de escape se abre, a pressão cai bruscamente e o pistão expulsa os gases residuais, preparando o cilindro para um novo ciclo.

Subpasso 4.2 — Localizando o instante exato da centelha

A centelha é a causa física da etapa de explosão. Ela não pode ocorrer durante o trecho de compressão, porque ali a mistura ainda está apenas sendo comprimida mecanicamente — a queima ainda não começou. Ela também não pode ocorrer no ponto que marca o pico de pressão, pois esse ponto já representa o resultado final da explosão, o instante em que a expansão está prestes a começar. A única posição compatível é o ponto que serve, ao mesmo tempo, de fim da curva de compressão e de base do salto vertical de pressão: o ponto C. É exatamente ali que a vela salta a faísca, iniciando a combustão que empurra o gráfico para cima em direção ao pico de pressão.

Subpasso 4.3 — Verificação

Se a centelha salta no ponto C, o efeito imediato no gráfico deve ser um segmento vertical logo em seguida, com volume constante e pressão subindo abruptamente — o padrão que caracteriza uma explosão. Isso é coerente com o motor real: a ignição ocorre poucos graus de rotação do virabrequim antes do pistão atingir o ponto mais alto do curso de compressão, e o pico de pressão surge logo depois, quase na mesma posição do pistão. O resultado confirma o gabarito oficial.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) A

❌ Incorreta: o ponto A está associado ao fim do escape/início de um novo ciclo de admissão, com o cilindro na menor pressão do ciclo. Não há mistura comprimida para ser inflamada — a compressão sequer começou.

B) B

❌ Incorreta: o ponto B marca o fim da admissão e o início da compressão. A mistura ainda está a baixa pressão e o pistão apenas vai começar a comprimi-la; a subida vertical de pressão só aparece depois de B, não nele.

C) C

✅ Correta: o ponto C marca o exato fim da compressão — mistura já totalmente compactada — e coincide com o início do salto vertical de pressão que caracteriza a explosão. É precisamente aí que a centelha elétrica é produzida.

D) D

❌ Incorreta: o ponto D representa o estado logo após a explosão já ter ocorrido, com a pressão no valor máximo, quando a expansão está prestes a começar. A centelha já disparou antes de o ciclo chegar a D — ele é consequência da centelha, não o local dela.

E) E

❌ Incorreta: o ponto E corresponde ao fim da expansão/início do escape, quando a válvula de escape se abre e a pressão despenca. Está associado à liberação dos gases já queimados, não à ignição da mistura.

🏆 Gabarito: C — o ponto C é o único que marca simultaneamente o fim da compressão e o início do salto de pressão a volume constante, assinatura gráfica exata da explosão disparada pela centelha elétrica.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: apenas o ponto C reúne as duas condições necessárias — mistura já comprimida e início do salto vertical de pressão — que definem o instante da ignição.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma cobrar a leitura de diagramas P-V de máquinas térmicas (ciclo Otto, ciclo Diesel, geladeiras), pedindo que o estudante associe cada trecho geométrico do gráfico (reta vertical, reta horizontal, curva) a um evento físico real (válvula abrindo/fechando, pistão em movimento, combustão).
• Generalização: em qualquer diagrama P-V de motor, segmentos verticais correspondem a eventos que acontecem sem o pistão se mover de forma relevante (ignição, abertura súbita de válvula de escape), enquanto curvas inclinadas correspondem a cursos do pistão em que o volume varia (admissão, compressão, expansão, escape).
• Dica de eliminação rápida: localize o segmento vertical de maior variação de pressão no gráfico — a base desse segmento (não o topo) é sempre o ponto-gatilho do evento; em um motor a gasolina, esse gatilho só pode ser a centelha elétrica.
• Conexões: cálculo do trabalho realizado pelo gás como área sob a curva no diagrama P-V; rendimento de máquinas térmicas e comparação com o ciclo de Carnot; primeira lei da termodinâmica aplicada a processos isocóricos e adiabáticos.