Um bloco de madeira de volume flutua na água, e um pequeno objeto de aço de massa é colocado em cima dele. Quando , o sistema está em equilíbrio e o topo do bloco de madeira está no nível da água. (b) O que acontece com o bloco quando o objeto de aço é substituído por outro cuja massa é menor que ?

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado nos diz que temos um bloco de madeira com volume que está flutuando na água. Quando colocamos um objeto de aço com massa de em cima do bloco, tudo fica em equilíbrio, ou seja, o topo do bloco fica exatamente no nível da água. A matéria envolvida aqui é a hidrostática, especificamente o princípio de Arquimedes, que fala sobre a força de empuxo que um líquido exerce sobre um objeto imerso nele. Vamos precisar entender como a massa do objeto afeta a flutuação do bloco.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o princípio de Arquimedes diz que a força de empuxo que a água exerce sobre o bloco é igual ao peso da água deslocada pelo bloco. Quando adicionamos o objeto de aço, o peso total que precisa ser equilibrado é o peso do bloco mais o peso do objeto.

Passo 3

No caso em que o objeto de aço tem massa , o sistema está em equilíbrio, ou seja, a água deslocada pelo bloco é exatamente o suficiente para equilibrar o peso total (bloco + objeto). Isso faz com que o topo do bloco fique no nível da água.

Passo 4

Agora, se substituirmos o objeto de aço por outro com uma massa menor que , o peso total que precisa ser equilibrado também será menor. Com menos peso para equilibrar, o bloco não precisa deslocar tanta água para gerar o empuxo necessário.

Passo 5

Como resultado, o bloco vai afundar um pouquinho menos na água do que antes. Isso significa que o topo do bloco ficará acima do nível da água, já que não precisa deslocar tanta água para equilibrar o peso menor do novo objeto.

Resposta

Quando o objeto de aço tiver massa menor que , o bloco de madeira se eleva, fazendo com que o topo fique acima do nível da água.

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