Prévia do material em texto
Prof. Bruno Fazio Física Br Página 1 de 12 Lista de Exercícios – Hidrostática Bloco 1 Densidade e pressão 1.* (MACKENZIE 2016) No laboratório de uma fábrica de perfumes, as essências são armazenadas em frascos que possuem o mesmo volume. Em um recipiente, são misturados três frascos com essência de densidade 3,00 𝑔 𝑐𝑚3 e três frascos com essência de densidade 2,00 𝑔 𝑐𝑚3 . A densidade da mistura homogênea, em 𝑔 𝑐𝑚3, é igual a a) 2,00 b) 2,50 c) 3,00 d) 3,50 e) 4,00 2.* (UNESP 2017) Considere as seguintes características da moeda de 𝑅$ 0,10: massa = 4,8 𝑔; diâmetro = 20,0 𝑚𝑚; espessura = 2,2 𝑚𝑚. Admitindo como desprezível o efeito das variações de relevo sobre o volume total da moeda e sabendo que o volume de um cilindro circular reto é igual ao produto da área da base pela altura e que a área de um círculo é calculada pela fórmula 𝜋𝑟2, a densidade do material com que é confeccionada a moeda de 𝑅$ 0,10 é de aproximadamente a) 9 𝑔 𝑐𝑚3 . b) 18 𝑔 𝑐𝑚3 . c) 14 𝑔 𝑐𝑚3 . d) 7 𝑔 𝑐𝑚3 . e) 21 𝑔 𝑐𝑚3 . 3.* (FAC. ALBERT EINSTEIN - MEDICIN 2017) Um caminhão tanque, estacionado sobre um piso plano e horizontal, tem massa de 12 toneladas quando o tanque transportador, internamente cilíndrico, de raio interno 1 𝑚, está totalmente vazio. Quando esse tanque está completamente cheio de combustível, ele fica submetido a uma reação normal do solo de 309.600 𝑁. Com base nessas informações e nas contidas no gráfico, referentes ao combustível transportado, determine o comprimento interno do tanque cilíndrico, em unidades do SI. Suponha invariável a densidade do combustível em função da temperatura. a) 8 b) 10 c) 12 d) 15 4. (UECE 2019) A UECE realiza sistematicamente monitoramento da qualidade do ar na entrada de um de seus campi. Um dos dados que se pode monitorar é a concentração de material particulado (MP) suspenso no ar. Esse material é uma mistura complexa de sólidos com diâmetro reduzido. Em geral, o MP é classificado de acordo com o diâmetro das partículas, devido à relação existente entre diâmetro e possibilidade de penetração no trato respiratório, podendo ser danoso à saúde. Supondo-se que, em uma dada medição, identificou-se que há uma concentração de 150 × 10−6 𝑔 de MP por cada 1 𝑚3 de ar em uma grande avenida. Assumindo-se que a densidade dessas partículas (MP) é igual à densidade da água (103 𝑘𝑔 𝑚3 ), pode-se afirmar corretamente que o volume de material particulado presente em 1 𝑚3 de ar é a) 1,50 × 10−3 𝐿. b) 1,50 × 10−4 𝐿. c) 1,50 × 10−3 𝑚𝐿. d) 1,50 × 10−4 𝑚𝐿. 5.* (UECE 2019) Considere uma situação em que uma pessoa segura um prego metálico com os dedos, de modo que a ponta desse prego fique pressionada pelo polegar e a cabeça pelo indicador. Assumindo que a haste do prego esteja em uma direção normal às superfícies de contato entre os dedos e o prego, é correto afirmar que a) a força que atua na ponta do prego é maior que a atuante na cabeça. b) a pressão do metal sobre o indicador é maior que sobre o polegar. c) a pressão do metal sobre o indicador é menor que sobre o polegar. d) a força que atua na ponta do prego é menor que a atuante na cabeça. Prof. Bruno Fazio Física Br Página 2 de 12 6.* (UECE 2019) Projetos de edifícios esbeltos e com alturas que podem chegar até 150 metros têm gerado um novo tipo de demanda para os centros de pesquisa e universidades que fazem ensaios aerodinâmicos. Nesses ensaios, uma versão em escala reduzida do edifício é construída e submetida a condições de vento controladas em um equipamento de laboratório chamado túnel de vento, tal como o túnel de vento que existe na UECE. Considere que, em um desses ensaios, uma dada superfície do prédio (edifício em escala reduzida) é submetida a uma pressão, pela ação do vento, de 0,1 𝑁 𝑚2 . Caso essa superfície tenha área de 100,0 𝑐𝑚2, a força total devido ao vento nessa área é, em 𝑁, igual a a) 10. b) 10−3. c) 1. d) 10−2. 7.* (FUVEST 2019) Os grandes aviões comerciais voam em altitudes onde o ar é rarefeito e a pressão atmosférica é baixa. Devido a isso, eles têm o seu interior pressurizado em uma pressão igual à atmosférica na altitude de 2.000 𝑚. A figura mostra o gráfico da pressão atmosférica em função da altitude. A força, em 𝑁, a que fica submetida uma janela plana de vidro, de 20 × 30 𝑐𝑚2, na cabine de passageiros na altitude de 10.000 𝑚, é, aproximadamente, a) 12.400 b) 6.400 c) 4.800 d) 3.200 e) 1.600 Pressão hidrostática, pressão absoluta, lei de Stevin e lei de Pascal 8.* (UNESP 2015) A figura representa uma cisterna com a forma de um cilindro circular reto de 4 𝑚 de altura instalada sob uma laje de concreto. Considere que apenas 20% do volume dessa cisterna esteja ocupado por água. Sabendo que a densidade da água é igual a 1000 𝑘𝑔 𝑚3 , adotando 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 e supondo o sistema em equilíbrio, é correto afirmar que, nessa situação, a pressão exercida apenas pela água no fundo horizontal da cisterna, em 𝑃𝑎, é igual a a) 2000. b) 16000. c) 1000. d) 4000. e) 8000. 9.* (UNESP 2014) Um reservatório tem a forma de um paralelepípedo reto-retângulo com dimensões 2 m, 3 m e 4 m. A figura 1 o representa apoiado sobre uma superfície plana horizontal, com determinado volume de água dentro dele, até a altura de 2 m. Nessa situação, a pressão hidrostática exercida pela água no fundo do reservatório é P1. A figura 2 representa o mesmo reservatório apoiado de um modo diferente sobre a mesma superfície horizontal e com a mesma quantidade de água dentro dele. Considerando o sistema em equilíbrio nas duas situações e sendo P2 a pressão hidrostática exercida pela água no Prof. Bruno Fazio Física Br Página 3 de 12 fundo do reservatório na segunda situação, é correto afirmar que a) 𝑃2 = 𝑃1 b) 𝑃2 = 4 ⋅ 𝑃1 c) 𝑃2 = 𝑃1 2 d) 𝑃2 = 2 ⋅ 𝑃1 e) 𝑃2 = 𝑃1 4 TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Texto para a(s) questão(ões) a seguir. Drones vêm sendo utilizados por empresas americanas para monitorar o ambiente subaquático. Esses drones podem substituir mergulhadores, sendo capazes de realizar mergulhos de até cinquenta metros de profundidade e operar por até duas horas e meia. 10.* (Unicamp 2019) Frequentemente esses drones são usados para medir a temperatura da água (𝑇) em função da profundidade (𝑑), a partir da superfície (𝑑 = 0), como no caso ilustrado no gráfico a seguir (dados adaptados). Considere que a densidade da água é 𝜌 = 1.000 𝑘𝑔 𝑚3 e constante para todas as profundidades medidas pelo drone. Qual é a diferença de pressão hidrostática entre a superfície e uma profundidade para a qual a temperatura da água é 𝑇 = 19 °𝐶? Dados: Se necessário, use aceleração da gravidade 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 , aproxime 𝜋 = 3,0 e 1 𝑎𝑡𝑚 = 105 𝑃𝑎. a) 1,4 × 103 𝑃𝑎. b) 2,0 × 104 𝑃𝑎. c) 4,0 × 104 𝑃𝑎. d) 7,0 × 104 𝑃𝑎. 11.* (Mackenzie 2017) A pressão exercida por uma coluna de água de 10 𝑚 de altura é igual a 1,0 𝑎𝑡𝑚. Um mergulhador encontra-se a uma profundidade 𝐻, da superfície livre da água, onde a pressão atmosférica é 1,0 𝑎𝑡𝑚. A pressão absoluta sobre o mergulhador é de 5,0 𝑎𝑡𝑚. A profundidade que o mergulhador se encontra é a) 50 𝑚 b) 40 𝑚 c) 30 𝑚 d) 20 𝑚 e) 10 𝑚 12. (Ufjf-pism 2 2017) João estava em seu laboratório, onde grandes cilindros cheios de líquidos são usados para se medir viscosidade dos mesmos. Para tal, é necessário saber a densidade de cada um deles. Para identificar os líquidos, João mediu a pressão absoluta dentro dos cilindros em diferentes profundidades, obtendoo gráfico a seguir, para os cilindros 𝐴 e 𝐵. Usando as informações do gráfico, ele calculou as densidades de cada líquido, identificando-os. Marque a alternativa correta que fornece as densidades dos líquidos contidos em 𝐴 e 𝐵, respectivamente: a) 5,0 × 10−2 𝑘𝑔 𝑚3 e 2,5 × 10−2 𝑘𝑔 𝑚3 b) 2,5 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 e 5,0 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 c) 2,5 × 10−2 𝑘𝑔 𝑚3 e 5,0 × 10−2 𝑘𝑔 𝑚3 d) 7,5 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 e 5,0 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 e) 5,0 × 10−2 𝑘𝑔 𝑚3 e 7,5 × 10−2 𝑘𝑔 𝑚3 13. (Pucrs 2010) Um recipiente aberto na parte superior contém glicerina até a altura de 1,00m e, sobre ela, mais 10,0cm de água, conforme representado na figura. Considere a massa específica da água 1,00 g/cm3 e da glicerina 1,30 g/cm3. Use a aceleração da gravidade igual a 10,0 m/s2 e a pressão atmosférica igual a 1,01 x 105 Pa. Neste caso, a pressão, em pascals, na interface água- glicerina e no fundo do recipiente é, respectivamente, _________ e _________. a) 1,02 x 105 1,34 x 105 b) 1,21 x 105 1,34 x 105 c) 1,02 x 105 1,25 x 105 d) 1,01 x 105 1,21 x 105 e) 1,02 x 105 1,15 x 105 Prof. Bruno Fazio Física Br Página 4 de 12 14.* (Ufrgs 2019) Em um tubo transparente em forma de 𝑈 contendo água, verteu-se, em uma de suas extremidades, uma dada quantidade de um líquido não miscível em água. Considere a densidade da água igual a 1 𝑔 𝑐𝑚3 . A figura abaixo mostra a forma como ficaram distribuídos a água e o líquido (em cinza) após o equilíbrio. Qual é, aproximadamente, o valor da densidade do líquido, em 𝑔 𝑐𝑚3 ? a) 1,5. b) 1,0. c) 0,9. d) 0,7. e) 0,5. 15.* (Enem 2012) O manual que acompanha uma ducha higiênica informa que a pressão mínima da água para o seu funcionamento apropriado é de 20 kPa. A figura mostra a instalação hidráulica com a caixa d‘água e o cano ao qual deve ser conectada a ducha. O valor da pressão da água na ducha está associado à altura a) h1. b) h2. c) h3. d) h4. e) h5. 16. (Enem PPL 2018) A figura apresenta o esquema do encanamento de uma casa onde se detectou a presença de vazamento de água em um dos registros. Ao estudar o problema, o morador concluiu que o vazamento está ocorrendo no registro submetido à maior pressão hidrostática. Em qual registro ocorria o vazamento? a) I b) II c) III d) IV e) V 17.* (Eear 2017) Uma prensa hidráulica possui ramos com áreas iguais a 15 𝑐𝑚2 e 60 𝑐𝑚2. Se aplicarmos uma força de intensidade 𝐹1 = 8 𝑁 sobre o êmbolo de menor área, a força transmitida ao êmbolo de maior área será: a) 𝐹1 4 b) 𝐹1 2 c) 2 𝐹1 d) 4 𝐹1 18. (Ufsm 2013) Um certo medicamento, tratado como fluido ideal, precisa ser injetado em um paciente, empregando-se, para tanto, uma seringa. Considere que a área do êmbolo seja 400 vezes maior que a área da abertura da agulha e despreze qualquer forma de atrito. Um acréscimo de pressão igual a P sobre o êmbolo corresponde a qual acréscimo na pressão do medicamento na abertura da agulha? a) Δ𝑃. b) 200Δ𝑃. c) Δ𝑃 200 . d) 400Δ𝑃. e) Δ𝑃 400 . Prof. Bruno Fazio Física Br Página 5 de 12 19.* (Famerp 2017) O profundímetro é um instrumento utilizado por mergulhadores para indicar a que profundidade estão em relação à superfície da água. A imagem mostra dois mergulhadores utilizando um profundímetro rudimentar constituído de um tubo de vidro com a extremidade inferior aberta e a superior fechada, aprisionando determinada quantidade de ar. Quando o tubo se desloca verticalmente dentro da água, o volume ocupado pelo ar varia, indicando uma variação da pressão exercida pela água. Considere um mergulhador inicialmente sob pressão absoluta de 2 𝑎𝑡𝑚. Nessa situação, a altura da coluna de ar dentro do tubo de vidro é de 20 𝑐𝑚. Após afundar um pouco, o mergulhador para em uma posição em que a altura da coluna de ar é igual a 16 𝑐𝑚, conforme a figura. Considerando que uma coluna de água, em equilíbrio, com 10 𝑚 de altura exerce uma pressão de 1 𝑎𝑡𝑚, que o ar é um gás ideal e que a temperatura é constante durante o mergulho, é correto afirmar que a variação de profundidade sofrida por esse mergulhador foi de a) 2 𝑚. b) 4 𝑚. c) 3 𝑚. d) 5 𝑚. e) 1 𝑚. Teorema de Arquimedes 20.* (Unesp 2012) A maioria dos peixes ósseos possui uma estrutura chamada vesícula gasosa ou bexiga natatória, que tem a função de ajudar na flutuação do peixe. Um desses peixes está em repouso na água, com a força peso, aplicada pela Terra, e o empuxo, exercido pela água, equilibrando-se, como mostra a figura 1. Desprezando a força exercida pelo movimento das nadadeiras, considere que, ao aumentar o volume ocupado pelos gases na bexiga natatória, sem que a massa do peixe varie significativamente, o volume do corpo do peixe também aumente. Assim, o módulo do empuxo supera o da força peso, e o peixe sobe (figura 2). Na situação descrita, o módulo do empuxo aumenta, porque a) é inversamente proporcional à variação do volume do corpo do peixe. b) a intensidade da força peso, que age sobre o peixe, diminui significativamente. c) a densidade da água na região ao redor do peixe aumenta. d) depende da densidade do corpo do peixe, que também aumenta. e) o módulo da força peso da quantidade de água deslocada pelo corpo do peixe aumenta. 21.* (Unicamp 2017) No conto “O mistério de Maria Rogêt”, de Edgar Allan Poe, ao procurar esclarecer a verdadeira identidade de um cadáver jogado na água, o detetive Dupin, mediante a análise dos fatos e das informações da imprensa, faz uso do seguinte raciocínio científico: “(...) a gravidade específica do corpo humano, em sua condição natural, é quase igual à massa de água doce que ele desloca. (...) É evidente, contudo, que as gravidades do corpo e da massa de água deslocada são muito delicadamente equilibradas, e que uma ninharia pode fazer com que uma delas predomine. Um braço, por exemplo, erguido fora d'água e assim privado de seu equivalente é um peso adicional suficiente para imergir toda a cabeça, ao passo que a ajuda casual do menor pedaço de madeira habilitar-nos-á a elevar a cabeça, para olhar em derredor”. (Edgar Alan Poe, apud João Zanetic, Física e Literatura: construindo uma ponte entre as duas culturas. 2006, p. 61. Disponível em http://www.scielo.br/pdf/hcsm/v13s0/03.pdf. Acessado em 05/07/2016.) A partir do raciocínio científico presente no excerto acima, é correto afirmar que: a) A densidade de massa de um corpo humano é aproximadamente igual à da água, e retirar o braço para fora da água reduziria a força de empuxo, contrária ao peso do corpo, contribuindo para seu afundamento. Prof. Bruno Fazio Física Br Página 6 de 12 b) O corpo humano está submetido a uma aceleração gravitacional aproximadamente igual à que atua na porção de água de mesma massa que o corpo, e retirar o braço para fora da água reduziria a força de empuxo, contrária ao peso do corpo, contribuindo para seu afundamento. c) A densidade de massa de um corpo humano é aproximadamente igual à da água, e retirar o braço para fora da água aumentaria a força de empuxo, contrária ao peso do corpo, contribuindo para seu afundamento. d) O corpo humano está submetido a uma aceleração gravitacional aproximadamente igual à que atua na porção de água de mesma massa que o corpo, e retirar o braço para fora da água aumentaria a força de empuxo, contrária ao peso do corpo, contribuindo para seu afundamento. 22.* (Uerj 2018) Em uma experiência de hidrostática, uma bola de futebol foi presa com um fio ideal no fundo de um recipiente com água, conforme representado na figura. Sabe-se que a bola possuimassa de 0,45 𝑘𝑔 e volume de 5,7 × 10−3 𝑚3. Dados: gravidade local, 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 e densidade da água, 𝜌 = 103 𝑘𝑔 𝑚3. Determine, em newtons, a tração exercida pelo fio. 23.* (Ufrgs 2018) A figura I representa um corpo metálico maciço, suspenso no ar por um dinamômetro, que registra o valor 16 𝑁. A figura II representa o mesmo corpo totalmente submerso na água, e o dinamômetro registra 14 𝑁. Desprezando o empuxo do ar e considerando a densidade da água 𝜌𝑎 = 1,0 × 10 3 𝑘𝑔 𝑚3 e a aceleração da gravidade 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 , o volume e a densidade do corpo são, respectivamente, a) 2,0 × 10−4 𝑚3 e 10,0 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 . b) 2,0 × 10−4 𝑚3 e 8,0 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 . c) 2,0 × 10−4 𝑚3 e 7,0 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 . d) 1,5 × 10−3 𝑚3 e 8,0 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 . e) 1,5 × 10−3 𝑚3 e 7,0 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 . 24. (Unigranrio - Medicina 2017) Uma pedra cujo peso vale 500 𝑁 é mergulhada e mantida submersa dentro d’água em equilíbrio por meio de um fio inextensível e de massa desprezível. Este fio está preso a uma barra fixa como mostra a figura. Sabe-se que a tensão no fio vale 300 𝑁. Marque a opção que indica corretamente a densidade da pedra em 𝑘𝑔 𝑚3 . Dados: Densidade da água= 1 𝑔 𝑐𝑚3 e 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 . a) 200 b) 800 c) 2.000 d) 2.500 e) 2.800 25.* (Unesp 2012) Duas esferas, A e B, maciças e de mesmo volume, são totalmente imersas num líquido e mantidas em repouso pelos fios mostrados na figura. Quando os fios são cortados, a esfera A desce até o fundo do recipiente e a esfera B sobe até a superfície, onde passa a flutuar, parcialmente imersa no líquido. Sendo PA e PB os módulos das forças Peso de A e B, e EA e EB os módulos das forças Empuxo que o líquido exerce sobre as esferas quando elas estão totalmente imersas, é correto afirmar que a) PA < PB e EA = EB. b) PA < PB e EA < EB. c) PA > PB e EA > EB. d) PA > PB e EA < EB. e) PA > PB e EA = EB. Prof. Bruno Fazio Física Br Página 7 de 12 26. (Enem PPL 2016) Um navio petroleiro é capaz de transportar milhares de toneladas de carga. Neste caso, uma grande quantidade de massa consegue flutuar. Nesta situação, o empuxo é a) maior que a força peso do petroleiro. b) igual à força peso do petroleiro. c) maior que a força peso da água deslocada. d) igual à força peso do volume submerso do navio. e) igual à massa da água deslocada. 27.* (Unesp 2016) Um filhote de cachorro cochila dentro de uma semiesfera de plástico de raio 10 𝑐𝑚, a qual flutua em uma piscina de águas paradas, totalmente submersa e em equilíbrio, sem que a água entre nela. Desprezando a massa da semiesfera, considerando a densidade da água da piscina igual a 103 𝑘𝑔 𝑚3 , 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 , 𝜋 = 3 e sabendo que o volume de uma esfera de raio R é dado pela expressão 𝑉 = 4⋅𝜋⋅𝑅3 3 , é correto afirmar que a massa do cachorro, em kg, é igual a a) 2,5. b) 2,0. c) 3,0. d) 3,5. e) 4,0. 28. (Upf 2017) A tirinha abaixo mostra um iceberg que tem seu volume parcialmente imerso ( 9 10 de seu volume total) na água do mar. Considerando que a densidade da água do mar é 1,0 𝑔 𝑐𝑚3 , assinale a alternativa que indica a densidade do gelo, em 𝑔 𝑐𝑚3 , que compõe o iceberg. a) 0,5 b) 1,3 c) 0,9 d) 0,1 e) 1 29.* (Fuvest 2016) Um objeto homogêneo colocado em um recipiente com água tem 32% de seu volume submerso; já em um recipiente com óleo, tem 40% de seu volume submerso. A densidade desse óleo, em 𝑔 𝑐𝑚3 , é Note e adote: Densidade da água= 1 𝑔 𝑐𝑚3 a) 0,32 b) 0,40 c) 0,64 d) 0,80 e) 1,25 30. (Uerj 2015) Considere um corpo sólido de volume 𝑉. Ao flutuar em água, o volume de sua parte submersa é igual a 𝑉 8 ; quando colocado em óleo, esse volume passa a valer 𝑉 6 . Com base nessas informações, conclui-se que a razão entre a densidade do óleo e a da água corresponde a: a) 0,15 b) 0,35 c) 0,55 d) 0,75 31. (Unicamp 2018) Um gigantesco iceberg desprendeu-se recentemente da Antártida, no extremo sul do planeta. O desprendimento desse iceberg, batizado de A68, foi considerado um dos maiores eventos do gênero já registrados pela ciência moderna. Segundo a NASA, é difícil prever se o iceberg permanecerá como um único bloco, mas é mais provável que ele se fragmente. a) Considere que o iceberg tem o formato aproximado de uma placa de 6.000 𝑘𝑚2 de área e 500 𝑚 de espessura. Sendo a densidade do gelo 𝜌𝑔 = 900 𝑘𝑔 𝑚3 , calcule o empuxo sobre o iceberg que o mantém flutuando. b) Suponha um iceberg com velocidade de deriva constante. Em um dado momento, tensões internas fazem com que dois blocos de gelo menores, 𝐴 e 𝐁, se Prof. Bruno Fazio Física Br Página 8 de 12 desprendam e sejam lançados em sentidos opostos e perpendicularmente à direção da velocidade de deriva do iceberg. As massas dos blocos são 𝑚𝐴 = 2,0 × 10 5 𝑘𝑔 e 𝑚𝐵 = 5,0 × 10 4 𝑘𝑔. Sabendo que imediatamente após a fragmentação a direção da velocidade de deriva do iceberg se mantém, e que o módulo da velocidade do bloco 𝐴 é 𝑣𝐴 = 0,5 𝑚 𝑠 , calcule o módulo da velocidade do bloco 𝐵 imediatamente após a ruptura. 32. (Pucrj 2015) Uma bola de isopor de volume 100 𝑐𝑚3 se encontra totalmente submersa em uma caixa d’água, presa ao fundo por um fio ideal. Qual é a força de tensão no fio, em newtons? Considere: 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 𝜌á𝑔𝑢𝑎 = 1000𝑘𝑔 𝑚3 ; 𝜌𝑖𝑠𝑜𝑝𝑜𝑟 = 20𝑘𝑔 𝑚3 a) 0,80 b) 800 c) 980 d) 1,02 e) 0,98 33. (Unesp 2009) As figuras mostram uma versão de um experimento imaginado pelo filósofo francês René Descartes e bastante explorado em feiras de ciências, conhecido como ludião: um tubinho de vidro fechado na parte superior e aberto na inferior, emborcado na água contida em uma garrafa PET, fechada e em repouso. O tubinho afunda e desce quando a garrafa é comprimida e sobe quando ela é solta. Na figura 1, o ludião está em equilíbrio estático, com um volume aprisionado de ar de 2,1 𝑐𝑚3, à pressão atmosférica 𝑝0 = 1,0 ⋅ 10 5Pa. Com a garrafa fechada e comprimida, é possível mantê-lo em equilíbrio estático dentro d’água, com um volume de ar aprisionado de 1,5 𝑐𝑚3 (figura 2). Determine a massa do tubinho e a pressão do ar contido no ludião na situação da figura 2. Despreze o volume deslocado pelas paredes do tubinho; supõe-se que a temperatura ambiente permaneça constante. Adote, para a densidade da água, 𝜌á𝑔𝑢𝑎 = 1,0 𝑔 𝑐𝑚3 . 34. (Unesp 2008) Um garoto de 24 kg vê um vendedor de bexigas infladas com gás hélio e pede à mãe 10 delas. A mãe compra apenas uma, alegando que, se lhe desse todas, o menino seria erguido do solo por elas. Inconformado com a justificativa, o menino queixa-se à sua irmã, que no momento estudava empuxo, perguntando-lhe qual seria o número máximo daquelas bexigas que ele poderia segurar no solo. Considerando o volume médio de cada bexiga, 2 litros, estime o número mínimo de bexigas necessário para levantar o garoto. Em seus cálculos, considere a massa específica do ar igual a 1,2 kg/m3, 1 litro = 10-3 m3 e despreze as massas do gás e das bexigas. Bloco 2 35. (Uece 2019) O município de Fortaleza experimentou, nos primeiros meses de 2019, uma intensa quadra chuvosa. Em abril, por exemplo, dados de uma instituição de meteorologia revelaram que a média de chuva no mês inteiro, no município, foi aproximadamente 500 𝑚𝑚. Supondo que a densidade da água seja 103 𝑘𝑔 𝑚3 , considerando que o município de Fortaleza tenha uma área de aproximadamente 314 𝑘𝑚2, e que a chuva tenha se distribuído uniformemente em toda a área, é correto estimar que a massa total de chuva foi a) 500 × 109 𝑘𝑔. b) 157 × 109 𝑘𝑔. c) 157 × 109𝑡𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠. d) 500 × 109 𝑡𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠. 36. (Ufu 2016) Um dos avanços na compreensão de como a Terra é constituída deu-se com a obtenção do valor de sua densidade, sendo o primeiro valor obtido por Henry Cavendish, no século XIV. Considerando a Terra como uma esfera de raio médio 6.300 𝑘𝑚, qual o valor aproximado da densidade de nosso planeta? Dados: 𝜋 = 3 a) 5,9 × 106 𝑘𝑔 𝑚3 b) 5,9 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 c) 5,9 × 1024 𝑘𝑔 𝑚3 d) 5,9 × 100 𝑘𝑔 𝑚3 37. (Uerj 2010) A figura a seguir representa um fio AB de comprimento igual a 100 cm, formado de duas partes homogêneas sucessivas: uma de alumínio e outra, mais densa, de cobre. Uma argola P que envolve o fio é deslocada de A para B. Prof. Bruno Fazio Física Br Página 9 de 12 Durante esse deslocamento, a massa de cada pedaço de comprimento AP é medida. Os resultados estão representados no gráfico a seguir: A razão entre a densidade do alumínio e a densidade do cobre é aproximadamente igual a: a) 0,1 b) 0,2 c) 0,3 d) 0,4 38. (Unesp 2018) No processo de respiração, o ar flui para dentro e para fora dos pulmões devido às diferenças de pressão, de modo que, quando não há fluxo de ar, a pressão no interior dos alvéolos é igual à pressão atmosférica. Na inspiração, o volume da cavidade torácica aumenta, reduzindo a pressão alveolar de um valor próximo ao de uma coluna de 2,0 𝑐𝑚 de 𝐻2𝑂 (água). Considerando a aceleração gravitacional igual a 10 𝑚 𝑠2 e a massa específica da água igual a 1,0 × 103 𝑘𝑔 𝑚3 , a variação da pressão hidrostática correspondente a uma coluna de 2,0 𝑐𝑚 de 𝐻2𝑂 é a) 2,0 × 101 𝑃𝑎. b) 0,5 × 103 𝑃𝑎. c) 0,5 × 102 𝑃𝑎. d) 2,0 × 102 𝑃𝑎. e) 2,0 × 103 𝑃𝑎. 39. (Unicamp 2018) Em junho de 2017 uma intensa onda de calor atingiu os EUA, acarretando uma série de cancelamentos de voos do aeroporto de Phoenix no Arizona. A razão é que o ar atmosférico se torna muito rarefeito quando a temperatura sobe muito, o que diminui a força de sustentação da aeronave em voo. Essa força, vertical de baixo para cima, está associada à diferença de pressão Δ𝑃 entre as partes inferior e superior do avião. Considere um avião de massa total 𝑚 = 3 × 105 𝑘𝑔 em voo horizontal. Sendo a área efetiva de sustentação do avião 𝐴 = 500 𝑚2, na situação de voo horizontal Δ𝑃 vale a) 5 × 103 𝑁 𝑚2 . b) 6 × 103 𝑁 𝑚2 . c) 1,5 × 106 𝑁 𝑚2 . d) 1,5 × 108 𝑁 𝑚2 . 40. (Fuvest 2015) Para impedir que a pressão interna de uma panela de pressão ultrapasse um certo valor, em sua tampa há um dispositivo formado por um pino acoplado a um tubo cilíndrico, como esquematizado na figura abaixo. Enquanto a força resultante sobre o pino for dirigida para baixo, a panela está perfeitamente vedada. Considere o diâmetro interno do tubo cilíndrico igual a 4 𝑚𝑚 e a massa do pino igual a 48 𝑔. Na situação em que apenas a força gravitacional, a pressão atmosférica e a exercida pelos gases na panela atuam no pino, a pressão absoluta máxima no interior da panela é Note e adote: - 𝜋 = 3 - 1 𝑎𝑡𝑚 = 105 𝑁 𝑚2 - 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 10 𝑚 𝑠2 a) 1,1 𝑎𝑡𝑚 b) 1,2 𝑎𝑡𝑚 c) 1,4 𝑎𝑡𝑚 d) 1,8 𝑎𝑡𝑚 e) 2,2 𝑎𝑡𝑚 41. (Unesp 2013) O sifão é um dispositivo que permite transferir um líquido de um recipiente mais alto para outro mais baixo, por meio, por exemplo, de uma mangueira cheia do mesmo líquido. Na figura, que representa, esquematicamente, um sifão utilizado para transferir água de um recipiente sobre uma mesa para outro no piso, R é um registro que, quando fechado, impede o movimento da água. Quando o registro é aberto, a diferença de pressão entre os pontos A e B provoca o escoamento da água para o recipiente de baixo. Prof. Bruno Fazio Física Br Página 10 de 12 Considere que os dois recipientes estejam abertos para a atmosfera, que a densidade da água seja igual a 103 kg/m3 e que g = 10 m/s2. De acordo com as medidas indicadas na figura, com o registro R fechado, a diferença de pressão 𝑃𝐴 − 𝑃𝐵, entre os pontos A e B, em pascal, é igual a a) 4 000. b) 10 000. c) 2 000. d) 8 000. e) 12 000. 42. (Unesp 2013) O relevo submarino de determinada região está representado pelas curvas de nível mostradas na figura, na qual os valores em metros representam as alturas verticais medidas em relação ao nível de referência mais profundo, mostrado pela linha vermelha. Dois peixes, 1 e 2, estão inicialmente em repouso nas posições indicadas e deslocam-se para o ponto P, onde param novamente. Considere que toda a região mostrada na figura esteja submersa, que a água do mar esteja em equilíbrio e que sua densidade seja igual a 103 kg/m3. Se g = 10 m/s2 e 1 atm = 105 Pa, pode-se afirmar, considerando- se apenas os pontos de partida e de chegada, que, durante seu movimento, o peixe a) 2 sofreu uma redução de pressão de 3 atm. b) 1 sofreu um aumento de pressão de 4 atm. c) 1 sofreu um aumento de pressão de 6 atm. d) 2 sofreu uma redução de pressão de 6 atm. e) 1 sofreu uma redução de pressão de 3 atm. 43. (Ime 2019) Um manômetro de reservatório é composto por dois tubos verticais comunicantes pelas respectivas bases e abertos em suas extremidades. Esse conjunto é preenchido parcialmente por um fluido e, como o dispositivo encontra-se no ar à pressão atmosférica padrão, o nível de fluido nos dois tubos é o mesmo. Em um dado momento, no tubo à esquerda, é adicionada uma pressão manométrica equivalente a 12 𝑚𝑚 de coluna de água. Considerando que não haja vazamento no manômetro, a ascensão de fluido no tubo à direita, em 𝑚𝑚, é igual a: Dados: - diâmetro do tubo à esquerda: 20 𝑚𝑚; - diâmetro do tubo à direita: 10 𝑚𝑚; e - densidade do fluido: 1,2. a) 20 b) 40 c) 8 d) 4 e) 10 44. (Epcar (Afa) 2020) Um pequeno tubo de ensaio, de massa 50 𝑔, no formato de cilindro, é usado como ludião – uma espécie de submarino miniatura, que sobe e desce, verticalmente, dentro de uma garrafa cheia de água. A figura 1, a seguir, ilustra uma montagem, onde o tubo, preenchido parcialmente de água, é mergulhado numa garrafa pet, completamente cheia de água. O tubo fica com sua extremidade aberta voltada para baixo e uma bolha de ar, de massa desprezível, é aprisionada dentro do tubo, formando com ele o sistema chamado ludião. A garrafa é hermeticamente fechada e o ludião tem sua extremidade superior fechada e encostada na tampa da garrafa. Uma pessoa, ao aplicar, com a mão, uma pressão constante sobre a garrafa faz com que entre um pouco mais de água no ludião, comprimindo a bolha de ar. Nessa condição, o ludião desce, conforme figura 2, a partir do repouso, com aceleração constante, percorrendo 60 cm, até chegar ao fundo da garrafa, em 1,0 𝑠. Após chegar ao fundo, estando o ludião em repouso, a pessoa deixa de pressionar a garrafa. A bolha expande e o ludião sobe, conforme figura 3, percorrendo os 60 𝑐𝑚 em 0,5 𝑠. Despreze o atrito viscoso sobre o ludião e considere que, ao longo da descida e da subida, o volume da bolha permaneça constante e igual a 𝑉0 e 𝑉, respectivamente. Nessas condições, a variação de volume, Δ𝑉 = 𝑉 − 𝑉0, em 𝑐𝑚3, é igual a a) 30 b) 40 c) 44 d) 74 45. (Unicamp 2019) Em uma pescaria é utilizada uma linha com boia e anzol. Inicialmente, na posição de espera, a linha acima da boia mantém-se frouxa e a boia flutua, ficando com 1 3 do seu volume submerso (figura 1). Quando o peixe é fisgado, a boia é puxada, ficando totalmente submersa e momentaneamente parada; simultaneamente, a linha que a une ao anzol fica esticada verticalmente (figura 2). A parte superior da linha, acima da boia, mantém-se frouxa. Prof. Bruno Fazio FísicaBr Página 11 de 12 Nessa situação, quanto vale o módulo da tensão da linha que une a boia ao anzol? Despreze as massas da linha e do anzol, bem como o atrito viscoso com a água. Dados: Se necessário, use aceleração da gravidade 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 , aproxime 𝜋 = 3,0 e 1 𝑎𝑡𝑚 = 105 𝑃𝑎. a) O peso da boia. b) O dobro do peso da boia. c) O peso do peixe menos o peso da boia. d) O peso do peixe menos o dobro do peso da boia. 46. (Unesp 2019) Uma corda elástica, de densidade linear constante 𝜇 = 0,125 𝑘𝑔 𝑚 , tem uma de suas extremidades presa a um vibrador que oscila com frequência constante. Essa corda passa por uma polia, cujo ponto superior do sulco alinha-se horizontalmente com o vibrador, e, na outra extremidade, suspende uma esfera de massa 1,8 𝑘𝑔, em repouso. A configuração da oscilação da corda é mostrada pela figura 1. Em seguida, mantendo-se a mesma frequência de oscilação constante no vibrador, a esfera é totalmente imersa em um recipiente contendo água, e a configuração da oscilação na corda se altera, conforme figura 2. Adotando 𝑔 = 10 𝑚 𝑠2 e sabendo que a velocidade de propagação de uma onda em uma corda de densidade linear 𝜇, submetida a uma tração 𝑇, é dada por 𝑣 = √ 𝑇 𝜇 , calcule: a) a frequência de oscilação, em 𝐻𝑧, do vibrador. b) a intensidade do empuxo, em 𝑁, exercido pela água sobre a esfera, na situação da figura 2. 47. (Unifesp 2018) 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. 48. (Fuvest 2014) Um bloco de madeira impermeável, de massa M e dimensões 2 × 3 × 3 𝑐𝑚3, é inserido muito lentamente na água de um balde, até a condição de equilíbrio, com metade de seu volume submersa. A água que vaza do balde é coletada em um copo e tem massa m. A figura ilustra as situações inicial e final; em ambos os casos, o balde encontra-se cheio de água até sua capacidade máxima. Prof. Bruno Fazio Física Br Página 12 de 12 A relação entre as massas m e M é tal que a) m = M/3 b) m = M/2 c) m = M d) m = 2M e) m = 3M 49. (Fuvest 2006) Um recipiente cilíndrico vazio flutua em um tanque de água com parte de seu volume submerso, como na figura. O recipiente possui marcas graduadas igualmente espaçadas, paredes laterais de volume desprezível e um fundo grosso e pesado. Quando o recipiente começa a ser preenchido, lentamente, com água, a altura máxima que a água pode atingir em seu interior, sem que ele afunde totalmente, é melhor representada por a) b) c) d) e) _____________________________________________ GABARITO 1: [B] 2: [D] 3: [A] 4: [D] 5: [C] 6: [B] 7: [D] 8: [E] 9: [C] 10: [D] 11: [B] 12: [B] 13: [E] 14: [D] 15: [C] 16: [B] 17: [D] 18: [A] 19: [D] 20: [E] 21: [A] 22: 52,5 N 23: [B] 24: [D] 25: [E] 26: [B]27: [B] 28: [C] 29: [D] 30: [D] 31:a) 𝐸 = 2,7 × 1016 𝑁 b) 𝑣𝐵 = 2 𝑚 𝑠 32: [E] 33: 𝒎 = 1, 𝟓𝑔 𝑃2 = 1,4 × 10 5 𝑁/𝑚2. 34: 10 000 bexigas 35: [B] 36: [B] 37: [C] 38: [D] 39: [B] 40: [C] 41: [D] 42: [D] 43: [C] 44: [A] 45: [B] 46: a) 𝑓 = 5 𝐻𝑧 b) 𝐸 = 16 𝑁 47: a) ∆p = 4 ⋅ 103 Pa b) 𝑉𝐿𝐷 = 2 ⋅ 10 −3𝑚3 48: [C] 49: [C]