Quais as diferenças entre um corpo livre e um sistema termodinâmico?
Passo 1
Podemos identificar as diferenças entre os dois, através do entendimento das suas semelhanças. Afinal de contas, porque o sistema termodinâmico e o corpo livre merecem uma comparação?
O sistema termodinâmico e o corpo livre são parte de uma estratégia muito parecida de resolução de exercícios em física. Essa técnica envolve quatro etapas básicas:
- Separação do universo em duas partes: o objeto que será estudado e todo o resto que interage de uma forma com esse objeto.
- Identificação entre os tipos de interação entre o objeto e a sua vizinhança.
- Identificação das características internas do meu objeto, que variam por causa dessas interações com o meio externo.
- Aplicação de fórmulas que conectam as interações com essas características do objeto.
Apesar da trajetória de solução de problema ser muito parecida, cada um tem aspectos únicos.
Passo 2
Se quisermos estudar o movimento de um bloco, fazemos um desenho desse bloco com ele separado de todo os outros objetos ao seu redor. Essa imagem é chamada de diagrama do corpo livre. O copo livre é, então, o objeto de estudo da dinâmica.
Já, sistema é como é chamado nosso objeto de estudo na termodinâmica. Por exemplo, no caso de estudarmos o resfriamento do refrigerante que está dentro de uma latinha na geladeira, nosso sistema seria apenas a bebida.
Ou seja, os dois são objetos de estudo de áreas do conhecimento diferentes. O corpo livre é o objeto de estudo da dinâmica e o sistema é o objeto de estudo da termodinâmica. A maior diferença entre os dois está nos ramos da física em que eles estão inseridos.
Na termodinâmica, separamos o objeto de estudo do seu redor através de uma fronteira. Esse meio que cerca o sistema é chamado de vizinhança.
Passo 3
Depois de fazer a separação, identificamos e representamos as influências do ambiente em uma imagem, possuindo apenas nosso objeto de estudo.
Desta etapa, notamos outra diferença entre os dois: o corpo livre só interage com a vizinhança através de forças. Já a termodinâmica expande as possibilidades de interação para incluir o trabalho, o calor e a transferência de massa!
Passo 4
Como podemos medir de forma precisa os efeitos dessas interações sobre o objeto que estamos estudando?
Para descobrir a influência das forças sobre o movimento do corpo livre, verificamos alterações nos seus valores de posição, quantidade de movimento e massa. Ou seja, acompanhamos os valores das propriedades que são importantes pra sua dinâmica.
Na termodinâmica, é igualzinho! Só mudamos as características que medimos para avaliar os efeitos do calor, trabalho e fluxo de massa. Fazemos isso através das seguintes propriedades do sistema:
- , o volume.
- , a pressão.
- , a temperatura.
- , a massa específica. Calculada como a massa do objeto dividida pelo seu volume.
- , massa da substância.
Passo 5
As fórmulas, que aplicamos sobre o corpo livre para conectar o valor das forças com as propriedades de movimento do objeto são as leis de Newton.
Na termodinâmica, conectamos o valor das transferências de energia e massa com as propriedades do sistema através das leis de conservação de massa e energia.
Resposta
O sistema e o corpo livre são objetos de estudos de ramos da física diferentes. Além disso, eles interagem com o amiente ao seu redor de modos distintos: o corpo livre interage através de forças e o sistema interage através de fluxos de massa e energia sobre a fronteira.
A medição dos efeitos dessas interações sobre os objetos de estudo também se diferem. O corpo livre mede as influências a partir da variação da sua posição, da sua quantidade de movimento e da sua massa. Já para o sistema, acompanhamos os valores de sua massa, pressão, temperatura, volume e massa específica.
Por fim, conectamos essas variações de propriedades com as influências externas, a partir de fórmulas diferentes: para o corpo livre usamos as leis de Newton. Para o sistema usamos as leis de conservação de energia e massa.