Enunciado

A energia é normalmente medida em calorias e em joules. Em nutrição, uma Caloria é uma quilocaloria, definida como 1 kcal = 4 186 J. Metabolizar 1 g de gordura pode liberar 9,00 kcal. Um estudante decide tentar perder peso fazendo exercícios. Ele planeja subir e descer os degraus em um estádio de futebol o mais rápido possível e quantas vezes forem necessárias. Para avaliar o programa, suponha que ele suba um lance de 80 degraus, cada um com 0,150 m de altura, em 65,0 s. Para simplificar, ignore a energia que ele usa para descer (que é pequena). Suponha que a eficiência típica para músculos humanos seja 20,0%. Essa afirmativa significa que, quando seu corpo converte 100 J para metabolizar gordura, 20 J são utilizados para a realização de trabalho mecânico (aqui, subir degraus). O resto vai para energia interna extra. Suponha que a massa do estudante seja de 75,0 kg. (a) Quantas vezes ele tem de subir as escadas para perder 1,00 kg de gordura? (b) Qual é a potência média produzida, em watts e em cavalo-vapor, enquanto ele sobe as escadas? (c) Trata-se de uma atividade prática para perder peso?

Passo 1

(a)Quantas vezes o jovem precisa repetir a subida de 80 degraus pra queimar 1,00   k g de gordura corpórea?

Bom, sabemos que cada degrau tem 0,150   m de altura. Assim, sendo 80 degraus, a altura h máxima atingida pelo estudante é de:

h = 0,150   m ∙ 80 = 12   m

Vamos calcular qual o trabalho w necessário pra vencer a gravidade g da Terra ao subir um ciclo de 12 metros de altura. Considerando g = 10   m / s 2 e a massa do estudante dada no eunciado, a gente vai ter:

w = m ∙ g ∙ h

w = 75,0 ∙ 10 ∙ 12 = 9   000   J

Em Calorias (   k c a l   ), isso equivale a:

9   000   J 4   186   J / k c a l ≅ 2,15   k c a l

Passo 2

Beleza.

Agora, a gente sabe do enunciado que 1   g de gordura fornece 9,00   k c a l de energia pra realizar trabalho. Que valor E de energia 1,00   k g vai fornecer? Mil vezes essa quantidade, ou seja:

E = 1000 ∙ 9,00   k c a l = 9   000   k c a l

Então, pro estudante perder 1,00   k g de gordura, ele vai ter que despender 9   000   k c a l de energia.

Calculamos no Passo 1 a quantidade em k c a l pra se subir 1 ciclo de 80 degraus: 2,15   k c a l .

Quantos ciclos de 80 degraus – ou seja, quantas vezes ele vai ter que subir as escadas – o estudante tem que fazer pra despender 9   000   k c a l (equivalente a 1,00   k g de gordura corpórea)?

2,15   k c a l - - - - 1   c i c l o

9   000   k c a l - - - - n

∴ n = 9   000 2,15 = 4   186   c i c l o s

Ou seja, ele vai precisar subir os 80 degraus 4   186 vezes! Bastante!!!

Passo 3

(b)Bom, se subindo os 80 degraus ele leva 65,0   s , e despende 9   000   J , calculamos a potência P assim:

∴ P = 9   000   J 65,0   s ≅ 138,5   w a t t s

Já em cavalo-vapor, que não é muito convencional, a gente tem o seguinte fator de conversão:

1   w a t t ≅ 0,00136   c a v a l o   v a p o r

Com isso, a gente tem:

∴ P = 138,5   w a t t ∙ 0,00136   c a v a l o   v a p o r w a t t = 0,188   c a v a l o   v a p o r

Passo 4

(c)Bom, se for pra perder 1,00   k g só por subir mais de 4   000 vezes as escadas... talvez tenha exercícios mais interessantes e rápidos que esse!

Resposta

(a) 4   186   vezes

(b) P = 138,5   w a t t s e P = 0,188   c a v a l o   v a p o r

(c) Vide Passo 4.

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