Elasticidade, tensão superficial - Exercícios - Física, Notas de estudo de Física. Universidade Potiguar (UnP)
Gisele
Gisele12 de Março de 2013

Elasticidade, tensão superficial - Exercícios - Física, Notas de estudo de Física. Universidade Potiguar (UnP)

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Apostilas e exercicios de Física sobre o estudo da Elasticidade e tensão superficia.
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CF093 – Física Básica Teórica II 2S-2012

Lista de Problemas 3 Evaldo

Elasticidade, tensão superficial

1) Uma bola de 50 kg está pendurada num fio de aço de 5 m e raio 2 mm. Qual o alongamento do fio?

2) O cobre tem o ponto de fratura a cerca de 3 x 108 N/m2. (a) Qual a carga máxima que pode ser suspensa num fio de cobre com o diâmetro de 0.42 mm? (b) Qual o alongamento percentual do fio se a ele for suspensa uma carga igual à metade da carga máxima que ele pode suportar?

3) Quando o pé de um corredor entra em contato com o solo, a força de cisalhamento que atua sobre uma sola, com 8 mm de espessura, tem as características que estão indicadas na figura abaixo. Se a força de 25 N estiver distribuída sobre uma área de 15 cm2, encontre o ângulo de

cisalhamento θ, sabendo que o módulo de cisalhamento da sola é 1.9 x 105 N/m2.

4) O limite elástico de um cabo de elevador feito de aço é 2.76 x 108 N/m2. Encontre a máxima aceleração de subida que pode ser dada a um elevador de 2 toneladas quando suportado por um cabo de seção transversal 3 cm2 e com a condição de que a tensão deve ser limitada a um quarto do limite elástico.

5) Um arame de aço possui as seguintes propriedades: comprimento = 10 ft; área de seção transversal = 0.01 in2; Y = 30 x 106 lb/in2; S = 10 x 106 lb/in2; limite elástico = 60 x 103 lb/in2;

tensão de quebra = 120 x 103 lb/in2. O arame é fixado no teto e pende verticalmente. (a) Qual a maior carga que o arame pode suportar sem exceder o regime elástico? (b) Qual será a elongação do arame sob efeito da carga em (a)? (c) Qual a carga máxima que pode ser suportada pelo fio?

6) Uma barra de 105 cm de comprimento, cujo peso é desprezível, está suspensa em suas extremidades por fios A e B de comprimentos iguais. A área de seção transversal de A é 1 mm2 e a de B é 2 mm2. O módulo de Young para o fio A é 210 x 109 N/m2 e para o fio B é 140 x 109 N/m2. Em qual ponto da barra deve-se prender um peso w (vide figura) de modo a produzir: (a) tensões de tração iguais em A e B; (b) Deformações iguais em A e B?

7) Para se medir a compressibilidade do sódio pode-se colocá-lo dentro de um pistão cheio de óleo e medir o deslocamento vertical do pistão em função da força externa aplicada. Assuma que o pistão e as paredes do cilindro são perfeitamente rígidos, que não há atrito e que não há vazamento de óleo. Calcule a compressibilidade do sódio em termos da força F aplicada, do deslocamento x do pistão, da área A do pistão, , do volume inicial V0 do óleo, da compressibilidade k0 do óleo e do volume inicial do sódio, v0.

8) Um fio de alumínio de 1 m de comprimento tem uma das extremidades presas a um gancho. Um outro fio, de latão e também com 1 m de comprimento, está soldado na outra extremidade

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do fio de alumínio e suporta em sua outra extremidade uma massa de 10 kg. Se ambos os fios possuem diâmetros iguais, de 1 mm, qual será o aumento total no comprimento? 9) A figura mostra uma pequena esfera que está suportada na superfície da água pela tensão superficial. A força para cima, devida à tensão superficial é 2 π r γ cos θ. Um inseto de hábitos aquáticos, com massa 0,002 g, é suportado na superfície de um lago pelas suas seis pernas, cujas pontas assemelham-se a esferas com raio de 0,02 mm. (a) Nesta situação, calcular o ângulo de contato. (b) Se a massa do inseto for maior, sem aumento de r, o ângulo de contato diminui até atingir o calor crítico θ = 0. Se a massa for ainda

maior, o inseto não pode ser sustentado pela tensão superficial. Achar a massa crítica que pode ter um inseto (como o descrito no item anterior) para ser suportado na água. 10) Um sistema de tubos capilares, o xilema, transporta nutrientes para as partes altas de uma planta. Cada tubo tem aproximadamente 0,01 mm de raio. A que altura a água ascenderá pela capilaridade num destes tubos, admitindo que o ângulo de contato seja nulo? 11) Uma pequena esfera está sobre a superfície da água, como mostra a figura do problema 9. (a) Mostrar que o ângulo de contato está relacionado ao raio da esfera, à densidade da esfera e ao coeficiente de tensão superficial do líquido por cos θ = (2 r2 ρ g)/(3 γ). (b) Encontrar o raio da maior esfera de cobre que pode ser sustentada na superfície da água, sem afundar. 12) Uma lata vazia, com um pequeno orifício de raio 0,1 mm, é empurrada até ficar submersa na água. A que profundidade na água começa a entrar líquido na lata, através do orifício?

Fatores de conversão do sistema imperial para S.I.:

1 ft = 0.3048 m 1 lb = 4.45 N

1 in = 0.0254 m

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