PRIMEIRA AVALIAÇÃO DE ONDAS E TERMODINÂMICA
Uma esfera de plástico oca é mantida submersa em um lago de água doce amarrada a uma corda presa no fundo do lago. 0 volume da esfera é igual a
, e a tensão na corda é igual a 700N. (a) Calcule a força de empuxo exercida pela água sobre a esfera. (b) Qual é a massa da esfera? © A corda se rompe e a esfera sobe até a superfície. Quando ela atinge o equilíbrio, qual é a fração do volume da esfera que fica submersa? (Use a densidade da água doce como
).
Uma esfera de plástico oca é mantida submersa em um lago de água doce amarrada a uma corda presa no fundo do lago. 0 volume da esfera é igual a
Passo 1
Beleza, a gente tem uma esfera oca (plástico) com volume total
amarrada no fundo de um lago. A corda segura uma tensão
.
Conteúdo: estática de fluidos (Princípio de Arquimedes), forças de empuxo, equilíbrio de forças, densidade da água doce.
O que vamos usar:
Conteúdo: estática de fluidos (Princípio de Arquimedes), forças de empuxo, equilíbrio de forças, densidade da água doce.
O que vamos usar:
- Densidade da água doce
(ou ). - Aceleração da gravidade
. - Princípio de Arquimedes: empuxo = peso do fluido deslocado.
- Equilíbrio de forças: somatório de forças igual a zero.
Passo 2
(a) Empuxo
:
Segundo Arquimedes,
Segundo Arquimedes,
Substituindo:
Passo 3
(b) Massa da esfera
:
Na posição submersa, as forças na esfera são: empuxo para cima, peso
para baixo e a tensão
para baixo. Em equilíbrio:
Na posição submersa, as forças na esfera são: empuxo
Logo,
Passo 4
© Fração submersa na superfície:
Quando a corda quebra, a esfera sobe até ficar num novo equilíbrio só com empuxo e peso.
Quando a corda quebra, a esfera sobe até ficar num novo equilíbrio só com empuxo e peso.
A fração submersa é
Resposta
(a)
(b)
© do volume fica submerso.
(b)
©