Um bloco de madeira fluttia em um balde d’água dentro de um elevador, Quando o elevador, partindo do repouso, acelera para baixo, o bloco flutuará mais alto na superfície da água? O que acontece quando o elevador acelera para cima?
Passo 1
O enunciado descreve um bloco de madeira de massa
flutuando em água de densidade
dentro de um elevador. Quando o elevador acelera, estamos num referencial não inercial e a flutuação obedece ao princípio de Arquimedes com força peso aparente. O conteúdo necessário é: 1) força de empuxo
, 2) peso aparente em quadro não inercial.
Passo 2
No referencial do elevador que acelera para baixo com aceleração de módulo
, aparece uma força inercial (pseudo-força) de módulo
apontando para cima. Em equilíbrio vertical, a soma das forças sobre o bloco vale zero: empuxo
para cima somado à pseudo-força para cima iguala o peso real para baixo. Logo,
Passo 3
Usando o empuxo de Arquimedes
, onde
é o volume de água deslocado, substituímos na equação de equilíbrio:
Passo 4
Como
quando o elevador acelera para baixo
, conclui-se que
ou seja, o bloco desloca menos água do que em repouso e, portanto, fica mais para fora do líquido – flutua mais alto.
Passo 5
Se o elevador acelera para cima com aceleração
, a pseudo-força tem módulo
para baixo. O equilíbrio passa a ser
Logo, o bloco desloca mais água e afunda um pouco mais – flutua mais baixo.
Resposta
Quando o elevador acelera para baixo, o bloco flutua mais alto.
Quando o elevador acelera para cima, o bloco flutua mais baixo.
Quando o elevador acelera para cima, o bloco flutua mais baixo.