Exercícios Resolvidos de Empuxo

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Enunciado

Três bolas de aço (cada uma com diametro em torno de meia polegada) estão no fundo de uma concha plástica que futua na superficie da água em um balde parcialmente cheio. Alguem remove as bolas de aço da concha e, cuidadosamente, as conduz ao fundo do balde, deixando a concha flutuar vazia. O que acontece com o nível da água no balde? Ele aumenta, abaixa ou permanece inalterado? Explique.

Passo 1

Vamos analisar o primeiro caso:

Já que o sistema esta flutuando então o empuxo é igual ao peso das bolinhas e da concha.

Sendo assim:

E = P

ρ á g u a . V . g = ρ c o n c h a . V c o n c h a . g + 3 . ρ a ç o . V a ç o . g

Assim, o volume de água deslocado inicialmente é de:

V = ρ c o n c h a . V c o n c h a + 3 . ρ a ç o . V a ç o ρ á g u a

Quando a gente tira a bolinha da concha e põe ela no fundo do balde, o volume deslocado para de ser proporcional ao peso da bolinha e passa ser igual ao volume da bolinha.

Agora que ela está no fundo o volume deslocado de água é o volume da três bolinhas de aço mais o volume deslocado pela concha:

V ' = 3 . V a ç o + ρ c o n c h a . V c o n c h a ρ á g u a

Substraindo o volume no primeiro caso pelo do segundo temos que

V - V ' = ρ c o n c h a . V c o n c h a ρ á g u a + 3 . ρ a ç o . V a ç o ρ á g u a - 3 . V a ç o - ρ c o n c h a . V c o n c h a ρ á g u a

V - V ' = 3 . ρ a ç o . V a ç o ρ á g u a - 3 . V a ç o

Como ρ a ç o > ρ á g u a , temos que

3 . ρ a ç o . V a ç o ρ á g u a > 3 . V a ç o → V - V ' > 0

Então o volume no segundo caso é menor que no primeiro, mostrando que o volume de água vai baixar.

Resposta

Volume abaixa.

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