Exercícios de Física: Pressão e Equilíbrio, Resumos de Física

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LISTA DE EXERCÍCIO

Disciplina: Física Prof. Breda ASSUNTO: HIDROSTÁTICA 1. (Fcmmg 2022) Um bloco metálico na forma de um paralelepípedo é constituído de duas metades: uma de ferro (cinza escuro) e outra de alumínio (cinza claro), como na figura abaixo. Sabe-se que a densidade do ferro é maior que a do alumínio. A aresta menor do bloco vale 10 cm; a maior, 40 cm; e a intermediária, 20 cm. Coloca-se esse bloco em quatro posições diferentes, P, Q, R e S, sobre uma superfície plana, como na figura abaixo. A ordem decrescente da pressão média que cada um dos blocos exerce sobre a superfície é: a) S > R > Q = P. b) S > Q > P > R. c) P = Q > S > R. d) Q > P > S > R. 2. (Fmj 2022) Um submarino tripulado chinês chamado Fendouzhe, ou Lutador em português, chegou a um dos pontos mais profundos dos oceanos, as Fossas das Marianas, no Oceano Pacífico. O veículo fez 13 mergulhos entre outubro e novembro de 2020, e em 8 deles superou uma profundidade de 10 mil metros. O mais profundo foi em 10 de novembro de 2020, quando chegou a 10. metros abaixo da superfície. (https://olhardigital.com.br. Adaptado.) Considere que a aceleração gravitacional seja igual a 10 m/s^2 , que

a densidade média da água do mar seja 1 ,03  103 kg m^3 e que

a pressão interna do submarino seja igual à pressão atmosférica ao nível do mar. Para atingir a profundidade máxima a que chegou, a estrutura do submarino deve suportar uma pressão de, no mínimo e aproximadamente,

a) 1 ,13  1012 Pa.

b) 1 ,06  1010 Pa.

c) 1 ,13  108 Pa.

d) 1 ,13  107 Pa.

e) 1 ,06  1014 Pa.

3. (Fcmscsp 2022) Um bloco, de peso 24,0 N, foi colocado em um recipiente de fundo plano e horizontal que continha álcool. O bloco afundou até atingir o fundo do recipiente, como mostrado na figura, situação na qual a intensidade da força exercida pelo fundo do recipiente sobre o bloco é igual a 8,0 N. a) Por meio de um vetor e tendo a figura como referência, represente a direção e o sentido do empuxo exercido pelo líquido sobre o bloco e calcule a intensidade desse empuxo, em newtons. b) Sabe-se que a face superior do bloco tem área igual a

2,0  10 −^2 m^2 e que é paralela à superfície do líquido, que a

aceleração gravitacional é 10 m s ,^2 e que a massa específica

do álcool é 8,0  102 kg m.^3 Calcule a pressão, em pascals,

e a intensidade da força, em newtons, que o líquido exerce na face superior do bloco. 4. (Pucrj 2022) A figura mostra um macaco hidráulico, contendo óleo, e constituído de dois êmbolos de áreas 1 2

A 1 = 1 ,2 10 mm e

4 2

A 2 = 1 ,2  10 mm .Sobre o êmbolo

de área A 2 , é colocado, em repouso, um bloco de massa

6,0  102 kg.

Determine o valor, em newtons, da força aplicada no êmbolo de área A 1 para que essa estrutura permaneça em equilíbrio. Considere g = 10 m/s^2 a) 6, b) 10 c) 12 d) 5, 5. (Famerp 2022) Um objeto feito de material desconhecido é mergulhado em um copo completamente cheio de água. Como consequência, parte da água que havia no copo é derramada, conforme ilustrado na imagem.

e) 9 11. (G1 - col. naval 2021) Uma criança observa uma prancha de

isopor de dimensões 10 cm  40 cm 85 cm, boiando na

superfície do mar, e decide entrar na água para brincar em cima da prancha. Desprezando o peso do isopor, determine a maior massa que o referido isopor pode sustentar sem afundar, em kg, e assinale a opção correta. Dado: Massa específica da água = 1,0 kg/L. a) 3, b) 6, c) 34 d) 68 e) 340 TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:

Sempre que necessário, use π = 3 e g =10 m s.^2

12. (Unicamp 2021) A força normal aplicada pela agulha de um

toca-discos sobre o disco tem módulo igual a | N | = 2,0  10 −^2 N.

A área de contato entre a agulha e o disco é igual a

1 ,6  10 −^3 mm.^2 Qual é a pressão exercida pela agulha sobre o

disco?

Dado: 1 ,0 atm = 1 ,0  105 N m.^2

a) 1 ,25  10 −^4 atm.

b) 3,20  10 −^3 atm.

c) 3,20  101 atm.

d) 1 ,25  102 atm.

TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:

Em março de 2020, a Unicamp e o Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), dos Estados Unidos, assinaram um acordo de cooperação científica com o objetivo de desenvolver tanques para conter argônio líquido a baixíssimas temperaturas (criostatos). Esses tanques abrigarão detectores para o estudo dos neutrinos. 13. (Unicamp 2021) A pressão exercida na base de certo tanque do Fermilab pela coluna de argônio líquido no seu interior é

P = 5,6  104 N m.^2 A densidade do argônio líquido no tanque

é d =1400 kg m.^3 Assim, a altura do tanque será de

a) 2,0 m. b) 4,0 m. c) 7,8 m. d) 25,0 m. 14. (Enem 2020) Um mergulhador fica preso ao explorar uma caverna no oceano. Dentro da caverna formou-se um bolsão de ar, como mostrado na figura, onde o mergulhador se abrigou. Durante o resgate, para evitar danos a seu organismo, foi necessário que o mergulhador passasse por um processo de descompressão antes de retornar à superfície para que seu corpo ficasse novamente sob pressão atmosférica. O gráfico mostra a relação entre os tempos de descompressão recomendados para indivíduos nessa situação e a variação de pressão.

Considere que a aceleração da gravidade seja igual a 10 m s−^2 e

que a densidade da água seja deρ = 1000 kg m −^3.

Em minutos, qual é o tempo de descompressão a que o mergulhador deverá ser submetido? a) 100 b) 80 c) 60 d) 40 e) 20

15. (Ufjf-pism 2 2020) Numa experiência, temos 3 béqueres

idênticos cheios de água até a borda. O béquer Acontém apenas

água. O béquer Bcontém, além da água, um bloco de madeira

flutuando na superfície. No béquer C, um segundo bloco de

madeira completamente submerso está preso por uma linha fina presa ao fundo do béquer. A densidade dos blocos de madeira é a metade da densidade da água. Os dois blocos de madeira possuem massas iguais. Uma balança mede o peso de cada béquer, em cada situação

descrita, resultando nos pesos representados por P , PA BeP ,C

respectivamente. Selecione a alternativa que representa a relação correta entre estes pesos.

a)PB  PA PC

b)PA  PB PC

c)PA = PB PC

d)PA  PB =PC

e)PA = PB =PC

Gabarito:

Resposta da questão 1: [C] A pressão é a razão entre a força normal que o corpo aplica sobre a superfície de apoio e a área de sustentação. Em todos os casos o bloco está em repouso. Então a força normal tem a mesma intensidade, igual à do peso. Calculando as pressões:

mg mg

P P

mg mg

Q Q

20 10 200 P Q S R

mg mg

R R

mg mg

S S

 =^ ^ =

 ^ =^ ^ 

Resposta da questão 2: [C] A pressão suportada deve ser de: 3 8

P gh

P 1 ,03 10 10 10900

P 1,13 10 Pa

Resposta da questão 3: a) Além da força de empuxo solicitada, estão representadas na figura as demais forças atuantes no bloco, peso e normal. Do equilíbrio: b) Pelo Teorema de Stevin: Aplicando a definição de pressão:

p F F p A F 1 ,6 103 2 10 2 F 32N

A

Resposta da questão 4: [A] Aplicando o princípio de Pascal, obtemos: 1 2 1 2 1 2 1 1 4 1

F F

P P

A A

F 600 10

F 6 N

Resposta da questão 5: [C] É um caso de equilíbrio; então, o peso do objeto tem a mesma intensidade do empuxo. Mas a intensidade do empuxo é igual à do peso de água derramada. Assim:

E = P  ma g = m 0 g  ma =m 0

Resposta da questão 6: [E] A figura mostra as forças agindo no peixe: peso e empuxo. Densidade do peixe: 3 px px

m 19

d d 0,95 g cm

V 20

Se o peixe está em equilíbrio, essas forças mencionadas têm mesma intensidade. ag im ag im px im px im ag

E P d V g m g d V d V

V d 0,95 V

V d 1 V

Resposta da questão 7: [B] Da definição de pressão:

R R ( )^3

4 R

F

p F p A 80 20 10 800 10

A

F 6 10

=   800  10 −^4  FR =4.800 N

Resposta da questão 8: [D] Pela lei de Stevin, as pressões exercidas pela água nas bases dos

E + N = P  E = P − N  E = 24 − 8  E =16N

p = gh = 8  102  10  0,2  p = 1 ,6 10 N m^3