HIDROSTÁTICA
Hidrostática
A hidrostática é o ramo da física que estuda os fluidos em repouso. Ela se concentra nas propriedades dos fluidos que não estão em movimento, como a pressão que exercem e como essa pressão se distribui dentro do fluido e sobre objetos imersos nele. Em essência, a hidrostática busca entender o equilíbrio dos fluidos sob a influência da gravidade e outras forças.
Fluidos:
Fluidos são substâncias que têm a capacidade de escoar e se adaptar ao formato do recipiente que os contém. Essa categoria abrange tanto líquidos quanto gases, pois ambos compartilham a propriedade de não possuírem uma forma definida. A característica fundamental dos fluidos é a sua habilidade de se deformar continuamente sob a ação de uma tensão de cisalhamento, por menor que seja.
Pressão em Sólidos:
A pressão em sólidos é definida como a força aplicada perpendicularmente a uma superfície dividida pela área dessa superfície. Matematicamente, ela é expressa como:
P = F / A
onde:
(P) é a pressão ( N/m2 )
(F) é a força normal (perpendicular) aplicada ( N, Newton )
(A) é a área da superfície sobre a qual a força é distribuída ( m2 )
Em sólidos, a pressão geralmente tem uma direção bem definida, que é a direção da força aplicada.
Pressão em Fluidos:
A pressão em fluidos é uma propriedade escalar que representa a força por unidade de área exercida pelo fluido em todas as direções dentro de um determinado ponto. Diferentemente dos sólidos, a pressão em um fluido em repouso atua igualmente em todas as direções em um determinado ponto (Princípio de Pascal). A pressão em um fluido aumenta com a profundidade devido ao peso da coluna de fluido acima do ponto considerado. A fórmula básica para a pressão hidrostática é:
P = ρ.g.h
onde:
(P) é a pressão hidrostática ( N/m2 )
(ρ) (rho) é a densidade do fluido ( Kg/m3 )
(g) é a aceleração devido à gravidade (m/s2 )
(h) é a profundidade dentro do fluido (m )
Densidade:
A densidade (rho) é uma propriedade física que descreve a quantidade de massa contida em um determinado volume de uma substância. Ela é definida como a massa (m) de um objeto dividida pelo seu volume (V):
ρ = m / V
A unidade de densidade no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o quilograma por metro cúbico (kg/m³). A densidade é uma propriedade importante para entender o comportamento dos fluidos, especialmente em relação à flutuação e à pressão hidrostática.
Conceitos de densidade e pressão link para o vídeo https://youtu.be/FsXR64oeulA
Vasos Comunicantes: Níveis Iguais em Equilíbrio
Vasos comunicantes são um conjunto de recipientes interligados na parte inferior, contendo um mesmo líquido homogêneo e em repouso. A característica fundamental desse sistema é que, independentemente da forma e do volume de cada recipiente, a superfície livre do líquido em todos os vasos atinge o mesmo nível horizontal.
Em outras palavras: imagine diferentes tipos de potes, garrafas ou tubos conectados por baixo. Se você despejar água em um deles, a água se distribuirá por todos os recipientes até que a altura da água seja a mesma em todos eles.
Por que isso acontece?
Esse fenômeno é uma consequência direta da pressão hidrostática. Em um fluido em repouso, a pressão em um determinado nível é a mesma em todos os pontos. Se os níveis fossem diferentes, haveria uma diferença de pressão entre os pontos na mesma profundidade nos diferentes vasos. Essa diferença de pressão geraria um fluxo de líquido do ponto de maior pressão para o de menor pressão, até que o equilíbrio fosse restabelecido com os níveis iguais.
Exemplo Prático
Para entendermos como bebemos água com um canudinho, precisamos considerar o papel da pressão atmosférica. O processo não envolve "sugar" a água diretamente, mas sim reduzir a pressão dentro do canudo. Veja como acontece:
Pressão Atmosférica: Ao nível do mar, a atmosfera exerce uma pressão constante sobre todas as superfícies expostas, incluindo a superfície da água no copo.
Redução da Pressão na Boca: Quando colocamos o canudo na boca e "puxamos" (sugamos), estamos na verdade expandindo o volume da nossa cavidade bucal e dos pulmões. Essa expansão causa uma diminuição da pressão do ar dentro da nossa boca e, consequentemente, dentro do canudo.
A Pressão Externa Empurra o Líquido: A pressão atmosférica que atua sobre a superfície da água no copo agora é maior do que a pressão reduzida dentro do canudo. Essa diferença de pressão cria uma força que empurra o líquido para cima, através do canudo, em direção à área de menor pressão (nossa boca).
Equilíbrio de Pressão: O líquido continua a subir pelo canudo até que a pressão na base da coluna de líquido dentro do canudo, somada à pressão reduzida na nossa boca, se equilibre com a pressão atmosférica que atua na superfície do líquido no copo.
Em resumo, beber com um canudinho não é sobre puxar o líquido, mas sim sobre criar uma área de baixa pressão que permite que a pressão atmosférica empurre o líquido para dentro do canudo e para a nossa boca.
É importante notar que existe um limite teórico para a altura que podemos "puxar" a água com um canudo ao nível do mar, que é de aproximadamente 10,3 metros. Isso ocorre porque a diferença máxima de pressão que podemos criar (aproximando-se do vácuo) é igual à pressão atmosférica. Essa pressão é capaz de sustentar uma coluna de água dessa altura.
Aplicações dos Vasos Comunicantes:
O princípio dos vasos comunicantes tem diversas aplicações práticas, como:
Nível de água em represas e canais: Permite que a água se distribua igualmente ao longo de diferentes seções.
Sistemas de irrigação: Garante que a água alcance diferentes pontos com a mesma altura.
Construção civil: Utilizado para nivelar terrenos e estruturas.
Encanamento doméstico: Assegura que a água chegue aos diferentes pontos de consumo com pressão adequada.
Balanças de nível: Instrumentos de medição que utilizam o princípio para determinar a horizontalidade.
Em resumo, os vasos comunicantes demonstram de forma clara e prática o conceito fundamental da pressão hidrostática e sua influência no comportamento dos fluidos em repouso, resultando em níveis de líquido iguais em recipientes interligados.
Desvende o Segredo da Flutuação: O Conceito de Empuxo
Você já se pegou pensando por que um enorme navio consegue flutuar, enquanto uma pequena moeda afunda instantaneamente? A resposta para esse mistério fascinante da física está no Empuxo!
Em nosso novo vídeo, mergulhamos fundo no Princípio do Empuxo, a lei fundamental que explica como e por que os objetos se comportam de determinada forma quando imersos em um fluido. De acordo com este princípio: "Todo corpo mergulhado num fluido recebe uma força orientada para cima, denominada empuxo, de intensidade igual ao peso do volume do fluido deslocado."
O Que Você Vai Aprender:
Fundamentos do Empuxo: Compreenda de forma clara o que é essa força ascendente e como ela atua.
Princípio de Arquimedes na Prática: Veja como o volume do fluido deslocado é crucial para determinar a flutuação de um objeto.
Aplicações Reais: Descubra como o conceito de empuxo é aplicado em diversas áreas, desde a engenharia naval (submarinos e navios) até a aerostática (balões de ar quente).
Experimentos e Exemplos: Ilustrações e demonstrações práticas que tornarão a compreensão do empuxo mais intuitiva e memorável.
Este vídeo é perfeito para estudantes, entusiastas da ciência ou qualquer pessoa curiosa para entender as forças invisíveis que governam nosso mundo. Prepare-se para desmistificar um dos conceitos mais importantes da física e transformar sua percepção sobre a flutuação!
Assista agora e aprofunde seu conhecimento sobre o empuxo!
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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
1. UNESP Uma pessoa, com o objetivo de medir a pressão interna de um botijão de gás contendo butano, conecta à válvula do botijão um manômetro em forma de U, contendo mercúrio. Ao abrir o registro E, a pressão do gás provoca um desnível de mercúrio no tubo, como ilustrado na figura. Considere a pressão atmosférica dada por 10^5 Pa, o desnível h = 104 cm de Hg e a secção do tubo 2 cm².
Adotando a massa específica do mercúrio igual a 13,6 g/cm³ e g = 10 m/s², calcule
a) a pressão do gás, em pascal.
b) a força que o gás aplica na superfície do mercúrio em A.
link para a resolução https://youtu.be/pLJVUqAywMk
2. UPE A aparelhagem mostrada na figura abaixo é utilizada para calcular a densidade do petróleo. Ela é composta de um tubo em forma de U com água e petróleo. Dados: considere
a densidade da água igual a 1 000 kg/m³. Considere h = 4 cm e d = 5 cm. Pode-se afirmar que
o valor da densidade do petróleo, em kg/m³, vale:
a) 400
b) 800
c) 600
d) 1 200
e) 300
link para a resolução https://youtu.be/Efrg8e47slQ
3.UFLA Uma esfera oca de ferro possui uma massa de 1520 g e volume total de 860 cm3.
O volume da parte oca é 660 cm3. A massa específica do ferro é:
(A) 152 kg/m3
(B) 760 kg/m3
(C) 1520 kg/m3
(D) 7600 kg/m3
(A) 111 − 101
(B) 121 − 20
(C) 121 − 101
(D) 141 − 20
(E) 141 – 101
link para resolução https://youtu.be/q4G_HK7q1k4
5.EBMSP Três amigos, amantes da natureza, aproveitaram um dia livre das atividades escolares para passear em uma montanha próxima da cidade onde moram, desfrutando da beleza natural e da vista privilegiada. Para descrever a atmosfera do lugar, decidiram medir a pressão atmosférica no alto da montanha, utilizando dois tubos dobrados na forma da letra U; um aberto nas duas extremidades, contendo água, A, e outra substância, S; e o outro aberto em uma extremidade e fechado na outra, contendo vácuo e a substância S, conforme as figuras
Considerando o módulo da aceleração da gravidade local igual a 10m/s2 e sabendo que a densidade da água é igual a 1,0kg/m3, determine
A. a densidade da substância S;
B. a pressão atmosférica no alto da montanha e compare com a pressão atmosférica ao nível do mar.
Link para o vídeo https://youtu.be/2Xel_ocPUCY
6. UFU Em
uma sala de aula, um professor de física realiza o seguinte experimento: enrola
um pedaço de papel na forma de um canudo e o coloca atravessando um orifício
feito na parte superior de uma garrafa plástica, transparente, vazia e sem
tampa, como ilustrado na figura. Em seguida, ateia fogo na extremidade do
canudo que está do lado de fora da garrafa. O que se observa como resultado é
que a fumaça do lado de fora da garrafa movimenta-se para cima, enquanto, na
outra extremidade do canudo, do lado de dentro da garrafa, a fumaça flui para
baixo (figura).
Um estudante, que acompanha o experimento, faz as seguintes afirmações:
I. A
fumaça, independentemente de estar do lado de fora ou de dentro da garrafa,
possui densidade menor que a do ar atmosférico que a envolve.
II. A
fumaça do lado de dentro da garrafa desce, porque o ar atmosférico que entra
pela abertura superior da garrafa sem tampa a arrasta para baixo.
III. A
fumaça do lado de dentro da garrafa desce por estar em temperatura próxima à do
ambiente e, por ser uma suspensão de partículas, possui maior densidade que o
ar atmosférico.
Em relação às afirmações acima, marque V para as verdadeiras e F para as falsas e assinale a alternativa correta.
A) I –
V; II – F; III – F.
B) I –
V; II – V; III – V.
C) I –
F; II – V; III – F.
D) I – F; II – F; III – V.
link para resolução https://youtu.be/WY0w7M1rT9o
7. CEFET As afirmativas a seguir referem-se à situação
mostrada na figura abaixo.
I-Um corpo totalmente imerso em um líquido
e em equilíbrio, recebe deste um empuxo de baixo para cima igual ao peso do
líquido deslocado.
II-Um corpo totalmente imerso em um
líquido e em equilíbrio, recebe deste um empuxo de baixo para cima igual ao seu
próprio peso.
III-Um corpo totalmente imerso num líquido
e em equilíbrio, recebe deste um empuxo de baixo para cima igual ao volume da
porção líquida deslocada.
IV-Se o líquido for trocado por outro
diferente, o empuxo sobre o corpo será maior se o novo líquido for menos denso.
V-Se o líquido for trocado por outro
diferente, o empuxo sobre o corpo será maior se o novo líquido for mais denso.
Estão corretas apenas as afirmativas:
a) I e V.
b) II e III.
c) I, IV e V.
d)II, III e IV.
link para resolução https://youtu.be/9sMVGM9HoDg
8.PISM Uma estudante de Física da
UFJF estava interessada em descobrir a densidade do material usado para fazer
uma esfera maciça que ela usava em suas pesquisas em seu laboratório na
universidade. Nesse local, ela viu que havia um aquário de vidro transparente,
cheio de óleo de cozinha limpo e transparente. De repente, ela percebeu que
poderia usar o conhecimento que havia aprendido sobre hidrostática para obter o
valor da densidade daquela bola, colocando-a no óleo. Ao fazê-lo, a estudante
observou que a esfera maciça flutuava com metade do seu volume dentro do óleo.
Sabendo que a densidade desse líquido era de 0,8 g/cm3 , qual o
valor da densidade do material da esfera?
- 0,8
g/ cm3
- 1,6
g/ cm3
- 0,5
g/cm3
- 0,4
g/cm3
- 1,0
g/cm3
9. ESPCEX Um recipiente cheio de água,
em equilíbrio, encontra-se em uma região onde a aceleração da gravidade é de 10
m/s2. Colocando-se na água um corpo M, sólido e maciço, de massa
0,30 kg, há um transbordamento de 0,20 kg de água devido ao volume de M. A
intensidade do empuxo exercido pela água sobre M, em newtons, após esse
transbordamento é: (Despreze a tensão superficial da água)
- 3
- 0,3
- 2
- 0,2
- 6
Link
para resolução https://youtu.be/cEwv6lRq9iE
10.UEL A tirinha a seguir mostra Calvin tentando entender um assunto de
Física.
Com base na tirinha e nos conhecimentos sobre Termodinâmica e Fluidos, assinale a alternativa correta.
a) A densidade da água salgada é maior do que a da água doce, portanto,
nos oceanos, o gelo flutua com 10% do seu volume submerso.
b) Um fragmento de gelo flutua sobre a água, pois sua densidade nessa
condição é menor que a densidade da água líquida.
c) No congelador, a garrafa de vidro comum cheia de água e fechada se
quebra quando a água atinge a temperatura de -4C.
d) A observação do pai de Calvin está correta, pois, para que flutue, é
preciso que o gelo esteja mais próximo de uma fonte de calor.
e) O fenômeno anômalo da água ocorre porque a soma total das quantidades
de calor recebida pela água deve ser diferente de zero.
link para resolução https://youtu.be/aggBlHgNByw
11. BAHIANA A pandemia da COVID-19 gerou uma alta demanda por máscaras de
proteção para profissionais da área de saúde. Neste contexto, foi organizado o
Projeto Face Shield for Life 3D, um hub de makers voltado para a confecção de
material de proteção facial por meio de impressão 3D, composto de um grupo de
voluntários, profissionais de saúde, professores, alunos e colaboradores de
várias áreas e instituições, cujo grupo gestor é formado, entre outros, por
pesquisadores da Escola Bahiana de Medicina e Saúde Pública (BAHIANA).
O Face Shield produzido tem uma densidade de 1,2g/cm3. No
processo de higienização, após a produção, o material é imerso em um tanque com
álcool, de densidade 0,9g/cm3, em um local onde o módulo da
aceleração da gravidade é 10m/s2. Com base nas informações e nos
conhecimentos de Mecânica, pode-se afirmar corretamente que o valor da
aceleração do Face Shield que executa movimento descente, quando totalmente
imerso no álcool e antes de encostar na superfície inferior do tanque, é igual
a
A) 1,0 m/s2.
B) 2,5 m/s2.
C) 5,0 m/s2.
D) 10,0 m/s2.
E) 12,0 m/s2.
link para resolução https://youtu.be/FuYScDPbxGY
12. ENEM Os
densímetros instalados nas bombas de combustível permitem averiguar se a
quantidade de água presente no álcool hidratado está dentro das especificações
da ANP. O volume máximo permitido de água no álcool é de 4,9%. A densidade da
água e do álcool são de 1,00 g/cm3 e 0,8 g/cm3,
respectivamente.
A leitura
no densímetro que corresponderia à fração máxima permitida de água é mais
próxima de:
a) 0,2 g/cm3
b) 0,81
g/cm3
c) 0,9 g/cm3
d) 0,99
g/cm3
e) 1,8 g/cm3
link para a resolução https://youtu.be/KtOKbysYQWI
13. UNICAMP Uma boia de sinalização marítima muito simples pode ser construída unindo-se dois cilindros de mesmas dimensões e de densidades diferentes, sendo um de densidade menor e outro de densidade maior que a da água, tal como esquematizado na figura abaixo. Submergindo-se totalmente esta boia de sinalização na água, quais serão os pontos efetivos mais prováveis de aplicação das forças Peso e Empuxo?
a. Peso em C e Empuxo em B.
b. Peso em B e Empuxo em B.
c. Peso em C e Empuxo em A.
d. Peso em B e Empuxo em C.
link para a resolução https://youtu.be/ZIBTK4aXgkM
14. UNIMONTES As barragens ou represas são
construídas para conter o avanço das águas. De uma maneira geral, as barreiras
são projetadas de modo a possuírem a largura inferior maior que a superior,
como na figura a seguir.
A construção possui essa configuração porque a pressão manométrica da água sobre a represa é
A) diretamente proporcional à profundidade.
B) inversamente proporcional à profundidade.
C) Indicada por força de empuxo e área de contato.
D) determinada pela massa de água.
link para resolução https://youtu.be/300FOLOGC2s
15. FUVEST Um artigo publicado em 2018, na Revista Brasileira de Ensino de Física, reporta um curioso estudo sobre a pressão interna de “foguetes de garrafa PET”, propulsionados a partir da reação química entre ácido acético e bicarbonato de sódio.[1] Uma mistura de vinagre (que contém ácido acético, CH3COOH) com bicarbonato de sódio (NaHCO3) produz gás carbônico (CO2) por meio da reação química representada pela seguinte equação:
CH3COOH + NaHCO3 → CH3COONa + CO2 + H2O
A reação ocorre no interior de uma garrafa PET de 2 L de volume útil total, da qual foi retirado todo o ar. Insere-se na garrafa um volume inicial Vin de vinagre líquido e bicarbonato de sódio, sendo a garrafa posteriormente selada com uma tampa acoplada a um manômetro. A reação produzirá gás carbônico que ocupará um volume VCO2 e exercerá uma pressão PCO2 sobre a tampa da garrafa, medida pelo manômetro, como mostra a figura.
Considere agora um outro experimento feito em condições semelhantes, em que o manômetro indica uma pressão de 5 atm e, sem que a pressão no interior da garrafa se altere, ele é cuidadosamente substituído por uma rolha de 10 g de massa e 2 cm de diâmetro (igual ao diâmetro interno do bocal da garrafa). Logo após a rolha ser encaixada no local, ela é expelida devido à pressão interna da garrafa ser maior que a pressão atmosférica.
A aceleração da rolha no momento em que ela é expelida é de, aproximadamente,
Note e adote: Assuma que a pressão atmosférica seja de 1 atm = 105 Pa. Utilize π = 3.
Considere que as forças relevantes atuando sobre a rolha no momento em que é expelida são apenas aquelas relativas à diferença de pressão entre os seus lados interno e externo.
A.12 m/s2.
B.120 m/s2.
C.1200 m/s2.
D.12000 m/s2.
E.120000 m/s2.
link para resolução https://youtu.be/SXe-MMTCWhc
16. UFRGS A pressão na superfície de uma piscina, com 3 m de profundidade e com água até borda, é a pressão atmosférica Patm = 101 kPa. Considere o módulo da aceleração da gravidade, g, igual a 10 m/s2 e a massa específica da água ϱ = 103 kg/m3. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.
A pressão absoluta em um ponto a uma profundidade de 2 m vale ........ kPa, e o valor da pressão manométrica nesse mesmo ponto é ........ kPa.
(A) 111 − 101
(B) 121 − 20
(C) 121 − 101
(D) 141 − 20
(E) 141 – 101
17. UNIMONTES Um corpo de volume V é mergulhado em um recipiente contendo um líquido de densidade d , ficando com a metade de seu volume submerso (veja a figura a seguir). O bloco é, então, retirado desse recipiente e colocado em outro, que contém um líquido de densidade d1, ficando com um quarto de seu volume submerso. Esse mesmo corpo é, então, inserido em um líquido cuja densidade é igual à média aritmética simples das densidades d e d1. Logo, pode-se afirmar corretamente que
A) o corpo ficará com 1/3 do seu volume submerso.
B) o corpo ficará com 3/4 do seu volume submerso.
C) o corpo ficará com 3/8 do seu volume submerso.
D) o corpo ficará com 5/8 do seu volume submerso.
link para resolução https://youtu.be/H2FlMp-gX1U
18. Dois vasos comunicantes contêm, em equilíbrio, mercúrio e óleo. A superfície livre do
mercúrio está
A. 0,8.
B. 0,9.
C. 0,7.
D. 0,3.
E.
0,5.
- 10,0 m
- 20,0 m
- 100,0 m
- 200,0 m
- 2,0 m
link para resolução https://youtu.be/wFnMMqElfds
20. SASI O diamante é uma das pedras preciosas mais procuradas pelo mercado de joias e são diversos os testes para verificação de sua autenticidade. Uma das técnicas consiste em medir a densidade do diamante, que é cerca de 3,5 g/cm3, enquanto o quartzo tem densidade 2,6 g/cm3. A seguir, são realizados testes com uma pedra candidata a diamante:
i. Utiliza-se uma balança para encontrar a massa da pedra ao ar livre.
ii. Utiliza-se uma balança para encontrar a massa da pedra imersa na água (descontando o peso da água).
iii. Observa-se o aumento do volume de água ao se colocar a pedra em um recipiente.
De acordo com o exposto anteriormente, ASSINALE a alternativa que indica a operação que obtém de forma correta a densidade da pedra:
A) Divide-se a massa da pedra ao ar livre pelo aumento no volume de água ao se colocar a pedra no recipiente.
B) Subtrai-se a massa da pedra ao ar livre pelo aumento no volume de água ao se colocar a pedra no recipiente.
C) Multiplica-se o valor encontrado para a massa da pedra ao ar livre pelo valor encontrado para a massa da pedra imersa na água (descontando o peso da água).
D) Soma-se o valor encontrado para o peso da pedra ao ar livre com o valor encontrado para a massa da pedra imersa na água (descontando o peso da água).
21. FUVEST Uma empresa júnior de alunos de engenharia projetou um termômetro mecânico para medir a temperatura do óleo utilizado em máquinas e equipamentos, com base na variação da densidade do óleo com a temperatura. Com essa finalidade, emprega-se um objeto de massa M igual a 18 g e volume de 20 cm3, que permanece imerso em um óleo e está preso, por um fio, ao fundo da superfície, conforme mostra a figura.
A temperatura é medida por meio da variação na tensão do fio, que muda devido à variação da densidade do óleo com a temperatura. O gráfico a seguir mostra a dependência da densidade do óleo com a temperatura.
Nessa configuração, a temperatura na qual a tensão na corda se anula é igual a
Note e adote: Despreze a massa do fio.
a. 0°C
b. 75°C
c. 100°C
d. 150°C
e. 275°C
link para resolução https://youtu.be/iVEMsrKl-Oc
a) 1/2.
b) 1.
c) 2.
d) 4.
link para resolução https://youtu.be/FMW-LCBMW20
23. UFSC Os irmãos Tobias e Esmeralda são muito unidos e gostam de fazer várias atividades juntos, como mergulho, acampamento e esportes. Eles também são estudiosos e buscam relacionar seus conhecimentos com as situações vistas no cotidiano. Certo dia, foram mergulhar em um barco com turistas.
Então, em algum ponto do oceano, o barco lançou sua âncora e lá foram eles para a esperada atividade. A figura ao lado representa o barco, Tobias (mT) e Esmeralda (mE), todos parados nas posições indicadas. Considerando a densidade da água igual a 1,0 g/cm3 e g = 10 m/s2 , é correto afirmar que:
01. o módulo do empuxo sobre o barco é maior que o módulo do peso do barco.
02. Tobias está submetido a uma pressão de 1,2.105 N/m2 .
04. se a água tivesse densidade menor que 1 g/cm3 , o empuxo sobre o barco seria o mesmo da situação da figura.
08. se Esmeralda estivesse na posição de Tobias, o empuxo sobre seu corpo teria o mesmo módulo do empuxo da situação da figura.
16. a diferença entre as pressões exercidas sobre Tobias e Esmeralda é de 1 atm.
link para resolução https://youtu.be/ylBcgMAa8PA
24. UNIP SP Para medirmos a densidade do álcool, utilizado como combustível nos automóveis, usamos duas pequenas esferas, A e B, de mesmo raio, unidas por um fio de massa desprezível. As esferas estão em equilíbrio, totalmente imersas, como mostra a figura, e o álcool é considerado homogêneo.
Sendo a densidade de A igual a 0,50 g/cm3 e a densidade de B igual a 1,0 g/ cm3, podemos concluir que:
a) não há dados suficientes para obtermos a densidade do álcool.
b) a densidade do álcool vale 1,5 g/cm3.
c) a densidade do álcool vale 0,50 g/ cm3.
d) a densidade do álcool vale 0,75 g/ cm3.
e) a densidade do álcool vale 1,0 g/ cm3.
link para resolução https://youtu.be/hQNHrWnHr_w
25. UFRGS A figura abaixo representa um bloco B de densidade 900 kg/m3, flutuando na interface entre dois líquidos: água e óleo.
Considerando que 4/5 do volume do bloco estão submersos na água, cuja densidade é de 1000 kg/m3, a densidade do óleo é, em kg/m3, de
(A) 200.
(B) 400.
(C) 500.
(D) 800.
(E) 1900.
link para resolução https://youtu.be/iGdqqjOwfV8
26. Na nossa vida
diária, temos uma idéia clara da diferença entre fluidos e sólidos, mas como
acontece frequentemente na ciência, as experiências diárias abrangem uma faixa
muito limitada de circunstâncias e, se fizermos uma extrapolação muito além
dessa faixa, podemos tirar conclusões incorretas. Em hidrostática, algumas
situações envolvendo os conceitos de empuxo dos fluidos sobre os corpos E, densidade dos corpos ρ e massa dos corpos m costumam ser frequentemente
confundidas.
Para verificar
os conhecimentos de hidrostática foi feita a seguinte experiência:
Três
esferas de mesmo volume encontram-se em repouso em um recipiente contendo água,
conforme figura abaixo:
Considerando a
densidade da água independente da profundidade, a relação correta entre os
empuxos EA, EB e Ec, densidade dos corpos ρ A, ρ B e ρ
c e massa dos corpos mA,
mB e mc, foram feitas as
seguintes afirmativas:
I.
ρ A > ρ B > ρ c
II.
EA = EB > Ec
III.
mA > mB > mc.
É correto o
que afirma em
A.
I, apenas.
B.
II, apenas.
C.
III, apenas.
D.
I e II, apenas.
E.
II e III, apenas.
link para resolução https://youtu.be/YdHBzBnN4XU
27. FUVEST Uma empresa júnior de alunos de engenharia projetou um termômetro mecânico para medir a temperatura do óleo utilizado em máquinas e equipamentos, com base na variação da densidade do óleo com a temperatura. Com essa finalidade, emprega-se um objeto de massa M igual a 18 g e volume de 20 cm3, que permanece imerso em um óleo e está preso, por um fio, ao fundo da superfície, conforme mostra a figura.
A temperatura é medida por meio da variação na tensão do fio, que muda devido à variação da densidade do óleo com a temperatura. O gráfico a seguir mostra a dependência da densidade do óleo com a temperatura.
Nessa configuração, a temperatura na qual a tensão na corda se anula é igual a
Note e adote: Despreze a massa do fio.
a. 0°C
b. 75°C
c. 100°C
d. 150°C
e. 275°C
Link para resolução https://youtu.be/2oeRf8OTV4E
28. Seriado UFMG Objetos como a madeira podem flutuar na superfície da água. Isso acontece porque a água exerce sobre um objeto uma força para cima, oposta à atração gravitacional, quando esse objeto está total ou parcialmente submerso. Essa força é chamada de força de empuxo e é igual ao peso do fluido que o objeto desloca, ao ser imerso no líquido. Considerando as informações dadas, analise a seguinte situação experimental:
· Um recipiente totalmente cheio de água foi colocado sobre uma balança digital de cozinha como mostrado na Figura 1. A balança indicou nessa situação o valor de 2,0 kg.
· Retiramos o recipiente da balança e colocamos em seu interior um objeto de massa 0,6 kg, que flutua na água com metade de seu volume submerso.
· Colocamos novamente o recipiente totalmente cheio de água e com a massa de 0,6 kg na balança, como mostrado na Figura 2 a seguir:
A balança indicará, na situação representada na Figura 2, um valor, em kg, igual a:
A) 2,6.
B) 2,3.
C) 2,0.
D) 1,4.
29. Seriado UFMG O nosso corpo humano é composto principalmente por água, o que equivale a dizer que em torno de 60% da massa total de um adulto é composta por água. Os demais 40% da nossa composição corporal são formados pelos elementos químicos oxigênio, carbono, hidrogênio, nitrogênio, cálcio e fósforo, em maior proporção, e pelos elementos potássio, enxofre, sódio, cloro e magnésio, numa escala menor; o que proporciona diferenças na composição de cada corpo humano.
Existem pessoas que flutuam e outras que afundam quando estão dentro de uma piscina. Dentre muitas opções, o conceito de empuxo é fundamental para entender por que isso acontece. A flutuação de um corpo depende diretamente
A) das densidades do corpo e do líquido em que o corpo está imerso.
B) da massa do corpo que está imerso e da aceleração da gravidade.
C) da quantidade de corpos que estão imersos juntos no líquido.
D) do volume do corpo e a sua altura em relação ao fundo da piscina.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1. UNIFESP Dois corpos, A e B, de massas 10 kg e 8 kg, respectivamente, cinco polias e dois fios constituem um sistema em equilíbrio, como representado na figura. O corpo A está parcialmente mergulhado na água, com 40 cm de sua altura imersos e com sua base inferior paralela ao fundo do recipiente e ao nível da água.
Adotando g = 10 m/s2, densidade da água igual a 103 kg/m3 e considerando que os fios e as polias sejam ideais e que o teto seja paralelo ao solo horizontal, calcule:
a) a diferença entre as pressões, em Pa, às quais estão submetidas as bases superior e inferior do corpo A.
b) o volume do corpo A, em m3, que se encontra abaixo da superfície da água.
link para resolução https://youtu.be/XoGMRgIxVrM
2. FUVEST
Considere um mergulhador em um lago de águas calmas.
a) Esse
mergulhador possui massa de 75 kg e volume corporal de 70 L. Para um mergulho,
ele acopla a si um cilindro de ar de 15 kg e volume de 10 L. Estando
completamente imersos na água (mergulhador e cilindro), o mergulhador para de
nadar. Ele afundará ou subirá até a superfície? Justifique sua resposta.
b) Durante
um mergulho, o mergulhador consulta seu manômetro de pulso e verifica que a
pressão absoluta local é de 2,0 atm. A que profundidade o mergulhador está?
c)
Finalmente, considere que o mergulhador está no fundo do lago, onde a
temperatura da água é de 7°C e a pressão é de 2,8 atm. Ele produz uma bolha de
ar volume V1, que sobe em direção à superfície. Quando a bolha houver
subido até a iminência de atingir a superfície, onde a temperatura da água é
27°C, seu volume será V0. Determine a razão V0/V1.
Note e
adote:
A densidade da água é de 1,0 kg/L. Adote como aceleração da gravidade o valor
10 m/s2 e como densidade da água o valor 1,0 × 103 kg/m3
e utilize 1,0 atm = 1,0 × 105 Pa. Trate o ar na bolha como um gás
ideal e suponha que não escape ar da bolha durante a subida.
Link para a resolução https://youtu.be/N_kY6GhF5_Y
3.UNESP Um bloco de madeira de massa 0,63 kg é abandonado cuidadosamente sobre um líquido desconhecido, que se encontra em repouso dentro de um recipiente. Verifica-se que o bloco desloca 500 cm3 do líquido, até que passa a flutuar em repouso.
Líquido Massa específica (g/cm3)
à temperatura ambiente
Alcool etilico 0.79
Benzeno 0.88
Óleo mineral 0.92
Água 1.00
Leite 1.03
Glicerina 1.26
a.Considerando g = 10 m/s2, determine a intensidade (módulo) do empuxo exercido pelo líquido no bloco.
b. Qual é o líquido que se encontra no recipiente? Para responder, consulte a tabela anterior, após efetuar seus cálculos.
link para resolução https://youtu.be/sV95rC5_IfU
4.UNESP Uma esfera de massa 50 g está totalmente submersa na água contida em um tanque e presa ao fundo por um fio, como mostra a figura 1. Em dado instante, o fio se rompe e a esfera move-se, a partir do repouso, para a superfície da água, onde chega 0,60 s após o rompimento do fio, como mostra a figura 2.
a) Considerando que, enquanto a esfera está se movendo no interior da água, a força resultante sobre ela é constante, tem intensidade 0,30 N, direção vertical e sentido para cima, calcule, em m/s, a velocidade com que a esfera chega à superfície da água.
b) Considerando que apenas as forças peso e empuxo atuam sobre a esfera quando submersa, que a aceleração gravitacional seja 10 m/s2 e que a massa específica da água seja 1,0 × 103 kg/m3, calcule a densidade da esfera, em kg/m3.
link para resolução https://youtu.be/hF-PjCFwBrk
5. PISM Após uma forte chuva formou-se um lago na praça principal da
cidade. O soldado Silva, do Corpo de Bombeiros, recebeu a missão de levar
cestas básicas para moradores que estavam ilhados do outro lado do lago
formado. O transporte deveria ser feito num barco de massa total 70 kg. Então,
Silva se lembrou do Princípio do Empuxo, segundo o qual “Todo corpo mergulhado
num fluido recebe uma força orientada para cima, denominada empuxo, de
intensidade igual ao peso do volume do fluido deslocado”. Considere a massa do
soldado Silva como sendo 80 kg, a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2
, e a densidade da água de intensidade 1000 kg/m3 .
A) Determine o valor do empuxo exercido sobre o barco quando este
estiver em repouso dentro do lago e apenas com o soldado Silva a bordo.
B) Por questões de segurança, havia no barco uma linha
desenhada que indicava até onde o nível da água poderia ser atingido. Sobre a
linha estava escrito 2,50 m3 , e Silva durante o treinamento recebeu
a instrução de que aquele número indicava o volume em metros cúbicos de água
deslocada pelo barco ao atingir o respectivo nível. Levando em conta esse
aspecto de segurança e que cada cesta básica possui 30 kg de massa, calcule o
número máximo de cestas básicas que Silva poderia levar em seu barco, ao se
deslocar com velocidade constante em águas calmas do lago.
link para resolução https://youtu.be/lmU0jWB6EW0
6. UNIFESP Um mergulhador e seu equipamento, que totalizam 90 kg, estão em repouso 30 m abaixo da superfície de um lago de águas paradas, sem tocar o fundo do lago, a uma temperatura de 7 ºC.
Considere a densidade da água do lago igual a 103 kg/m3 , a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2 , a pressão atmosférica igual a 105 N/m2 e o ar um gás ideal.
a) Represente, na imagem inserida no campo de Resolução e Resposta, as forças que atuam no mergulhador em repouso na posição mostrada na figura. Calcule a intensidade do empuxo, em N, exercido pela água do lago no mergulhador, nessa posição.
b) Em determinado momento, esse mergulhador libera uma bolha de ar de volume 14 cm3 que sobe à superfície, onde a temperatura é de 27 ºC. Suponha que, em seu movimento de subida, a bolha não se rompa e mantenha-se sempre em equilíbrio térmico com a água do lago. Calcule o volume, em cm3 , dessa bolha de ar no momento em que atinge a superfície do lago.
link para resolução https://youtu.be/MA9VGHGCAUg
7.UNICAMP O livro “O velho e o mar”, de Ernest Hemingway, publicado em 1952, relata a pesca de um peixe de mais de meia tonelada pelo velho Santiago. Após abater o peixe, Santiago pensou: “Mesmo que fôssemos dois homens e o virássemos para pô-lo cá dentro, e esvaziássemos o barco, afundaríamos com o peso. Tenho que preparar tudo, encostá-lo ao barco, prendê-lo bem, fixar o mastro e tomar a direção para a costa”.
a) Um barco de pesca tem massa total mB, incluindo pescador e equipamentos, e consegue deslocar um volume máximo de água VB na iminência de ser inundado. Um peixe de massa mP e volume VP pode ser transportado no interior do barco ou amarrado do lado de fora. Com o peixe dentro, o barco fica na iminência de ser inundado (figura A); nesse caso, o volume de água deslocada pelo barco é VB. Já com o peixe amarrado fora do barco, o conjunto “barco + peixe” fica parcialmente submerso (figura B), com um volume de água deslocada igual a α.(VB + VP). Nesse último caso, qual é a fração submersa, α, se VP = 0,25 VB?
b) A linha de pesca deve suportar, sem se romper, uma força de tração da ordem do peso do peixe fisgado. Antes da ruptura, a linha se deforma como uma mola sujeita à força de tração exercida pelo peixe. A constante de mola é dada por K=E(A/L) sendo E o módulo de Young do material, A a área da seção circular reta e L o comprimento da linha. Se para certa linha de pesca E = 3,0 × 109 N/m2, qual deve ser o seu diâmetro se desejarmos que a deformação relativa, ΔL/L, sem que haja ruptura, seja de 10% para uma força de tração de módulo T = 900 N?
link para resolução https://youtu.be/PqbgKk6xnMc
8. UFOP Para se medir a pressão de um gás, P, usa-se um manômetro, que consiste de um tubo em forma de U contendo Hg (d=13,6 g/cm3). Com base na figura, e sendo a pressão tmosférica Pa=1,0x105N/m2, determine a pressão do gás, P.
link para resolução https://youtu.be/STMZGp3yTqw
9. Duas substâncias líquidas e miscíveis possuem densidades iguais a 0,8 g/cm³ e 1,2 g/cm³. Considerando que não ocorre variação de volume na mistura (ou seja, o volume final é a soma dos volumes iniciais), determine a densidade da mistura homogênea formada nos seguintes casos:
a) quando os dois líquidos são misturados em volumes iguais;
b) quando os dois líquidos são misturados em massas iguais.
link para resolução https://youtu.be/pcHK0s0UQ5Q
RESPOSTAS
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
1.A. 2,36 X 105 Pa B. 4,72 x 101 N 2. B 3.D 4.B 5.A.13,6 kg/l B.9,3 x 104 N/m2 6.D 7.A 8.D 9.C 10.B 11.B 12.B 13.A 14.A 15.D 16.B 17.A
18.A 19.A 20.A 21.D 22.C 23.28 24.D 25.C 26.B 27.D 28.C 29.A
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1.A . 4x103 Pa B.2x10-3m3 2. A. afunda, mais denso que a água B. 10m C. V0/V1=3
3.A.6,4 b. Glicerina 4.A. 3,6 M/S B. 6,25X102 kg/m3 5. A.1500N, B.78 cestas
6.A. Peso vertical p/baixo e empuxo vertical para cima, ambos do mesmo tamanho, E= 900 N B. 60 cm3 7. A. 80% B. 2 x 10-3 m 8.1,136 x 105 Pa 9.A.0,96 g/cm3 B. 1 g/cm3
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