3a QUESTÃO
A Hidrostática é a parte da Física que estuda os líquidos em equilíbrio. Por conta da interação constante entre líquidos e gases, em particular com os gases da atmosfera, tópicos como pressão e densidade são essenciais.
Fonte: ANDRADE, L. R. A. Física geral e experimental I. Maringá: UniCesumar, 2019. p. 282
Um engenheiro naval está projetando um submarino para operações em diferentes profundidades do oceano. Durante os testes, ele observa o comportamento do submarino em relação às variações de pressão e profundidade. Com base nas teorias de Princípio de Arquimedes, Teorema de Stevin e Experiência de Torricelli, analise as afirmativas abaixo e marque a alternativa correta.
ALTERNATIVAS
O submarino afundará mais facilmente em regiões de maior pressão, de acordo com o Princípio de Arquimedes.
O submarino experimentará maior pressão em maiores profundidades, conforme indicado pelo Teorema de Stevin.
O submarino terá menor flutuabilidade em regiões com pressão atmosférica elevada, contrariando o Teorema de
Stevin.
A quantidade de água deslocada pelo submarino será maior em maiores profundidades, conforme o Princípio de
Arquimedes.
A velocidade de ascensão ou descida do submarino será afetada pela densidade da água, seguindo a Experiência de
Torricelli.
O submarino experimentará maior pressão em maiores profundidades, conforme indicado pelo Teorema de Stevin.
Stevin.
Arquimedes.
A velocidade de ascensão ou descida do submarino será afetada pela densidade da água, seguindo a Experiência de
Torricelli.
Passo 1
O enunciado apresenta um submarino submetido a diferentes profundidades do oceano e pede para analisar cinco afirmativas usando o Princípio de Arquimedes (força de empuxo), o Teorema de Stevin (variação da pressão com a profundidade) e a Experiência de Torricelli (velocidade de escoamento de um fluido). Vamos verificar cada alternativa com base nesses três conceitos.
Passo 2
Analisando a alternativa “O submarino afundará mais facilmente em regiões de maior pressão, de acordo com o Princípio de Arquimedes.”
O Princípio de Arquimedes diz que a força de empuxo vale o peso do volume de fluido deslocado, ou seja,
O Princípio de Arquimedes diz que a força de empuxo vale o peso do volume de fluido deslocado, ou seja,
e não depende da pressão externa. Assim, aumento da pressão não altera o empuxo de acordo com Arquimedes. Logo, essa afirmativa é falsa.
Passo 3
Analisando a alternativa “O submarino experimentará maior pressão em maiores profundidades, conforme indicado pelo Teorema de Stevin.”
O Teorema de Stevin estabelece que a pressão hidrostática a uma profundidade vale
O Teorema de Stevin estabelece que a pressão hidrostática a uma profundidade
onde
é a pressão na superfície,
a densidade da água e
a aceleração da gravidade. Portanto, quanto maior
, maior
. Essa afirmativa é verdadeira.
Passo 4
Analisando a alternativa “O submarino terá menor flutuabilidade em regiões com pressão atmosférica elevada, contrariando o Teorema de Stevin.”
A flutuabilidade (empuxo) não depende da pressão atmosférica, mas sim da densidade do fluido e do volume deslocado. Além disso, o Teorema de Stevin trata de pressão, não de empuxo. Logo, essa afirmativa é falsa.
A flutuabilidade (empuxo) não depende da pressão atmosférica, mas sim da densidade do fluido e do volume deslocado. Além disso, o Teorema de Stevin trata de pressão, não de empuxo. Logo, essa afirmativa é falsa.
Passo 5
Analisando a alternativa “A quantidade de água deslocada pelo submarino será maior em maiores profundidades, conforme o Princípio de Arquimedes.”
Para um submarino em equilíbrio neutro, o volume de água deslocado satisfaz . Como nem
nem
mudam significantemente com a profundidade, o volume deslocado permanece praticamente constante. Portanto, essa afirmativa é falsa.
Para um submarino em equilíbrio neutro, o volume de água deslocado satisfaz
Passo 6
Analisando a alternativa “A velocidade de ascensão ou descida do submarino será afetada pela densidade da água, seguindo a Experiência de Torricelli.”
A Experiência de Torricelli trata da velocidade de escoamento de um fluido por um orifício, dada por , e não da dinâmica de um corpo submerso. A ascensão ou descida do submarino envolve empuxo, peso e resistência do meio, não o teorema de Torricelli. Logo, essa afirmativa é falsa.
A Experiência de Torricelli trata da velocidade de escoamento de um fluido por um orifício, dada por
Resposta
A alternativa correta é a segunda:
O submarino experimentará maior pressão em maiores profundidades, conforme indicado pelo Teorema de Stevin.
O submarino experimentará maior pressão em maiores profundidades, conforme indicado pelo Teorema de Stevin.