Densidade e Empuxo

Prévia do material em texto

<p>Aula de Reforço</p><p>Disciplina: Física</p><p>Professora: Renata Pereira</p><p>Conteúdo: Densidade e Empuxo</p><p>A densidade é uma propriedade física que relaciona a massa de um material ao volume que ele ocupa, sendo característica de cada substância. Ela mede a concentração da massa em determinado volume. Ela é definida pelo quociente entre a massa de um o corpo e o seu volume.</p><p>Essa relação pode ser expressa pela fórmula:</p><p>Onde,</p><p>d = densidade</p><p>m = massa</p><p>v = volume</p><p>No SI (Sistema Internacional de Unidades), a unidade de densidade é o quilograma por metro cúbico (kg/m3). No entanto, os mais utilizados são g/cm3 e o g/mL, lembrando que 1 cm3 equivale a 1 mL.</p><p>A densidade é diretamente proporcional à força peso, por isso objetos e substâncias de maior densidade se localizam na região mais baixa do recipiente em que estão.</p><p>Exemplo, observe a densidade dos materiais a seguir.</p><p>Fatores que afetam a densidade</p><p>Tipo de material: como a densidade é uma propriedade específica, cada material apresenta um valor de densidade.</p><p>Temperatura: o aumento da temperatura faz com que a densidade diminua, ou seja, quanto maior a temperatura, menor a densidade, pois densidade e temperatura são grandezas inversamente proporcionais.</p><p>Estado físico: a mudança de estado físico altera a disposição das moléculas e influencia a densidade.</p><p>Pressão: como o volume é uma grandeza que varia de acordo com a temperatura e pressão, quando a pressão diminui a densidade aumenta.</p><p>Ao aumentar a pressão sobre um sistema, o gás será comprimido, e seu volume, diminuído. quando um sistema é despressurizado (redução da pressão), o gás se expande até ocupar todo o volume disponível, de modo a diminuir a sua densidade.</p><p>Densidade absoluta e densidade relativa</p><p>Densidade absoluta ou massa específica, resulta da divisão da massa sobre o volume de um material.</p><p>A densidade relativa (), por sua vez, respeita à relação comparativa entre a densidade de um material com a de outro. A fórmula é a seguinte:</p><p>ou seja,</p><p>Densidade de misturas</p><p>A densidade tanto pode ser expressa para uma substância quanto para uma mistura ou para substâncias compostas. Para calculá-la em substâncias compostas é preciso levar em conta a composição das substâncias envolvidas.</p><p>Exemplo:</p><p>Solução de 200 ml de água + 20 gramas de sal.</p><p>Sabendo que a densidade da água nas condições ambientes é igual a 1,00 g/cm3, o que quer dizer que em 1 cm3 ou em 1 mL, há 1,0 g de água. A densidade dessa solução será dada da seguinte forma:</p><p>d = m/v</p><p>d = 220 / 200 g  (massa do sal + massa da água /volume)</p><p>d = 1,1 g/mL</p><p>1) (UFU) Em condições ambientes, a densidade do mercúrio é de aproximadamente 13 g/cm3. A massa desse metal, da qual um garimpeiro de Poconé (MT) necessita para encher completamente um frasco de meio litro de capacidade, é de:</p><p>a) 2.600 g</p><p>b) 3.200 g</p><p>c) 4.800 g</p><p>d) 6.500 g</p><p>e) 7.400 g</p><p>2) (FMTM) Considere as substâncias e suas respectivas densidades à temperatura ambiente:</p><p>Há maior massa em um litro de:</p><p>a) ácido sulfúrico que em dois litros de tolueno.</p><p>b) tolueno que em dois litros de acetona.</p><p>c) acetona que em dois litros de tolueno.</p><p>d) ácido sulfúrico que em três litros de acetona.</p><p>e) tolueno que em dois litros de ácido sulfúrico.</p><p>3) Qual a densidade de um material que apresenta um volume de 200 mL e massa de 896 g?</p><p>a) 3,26 g/mL</p><p>b) 9,94 g/mL</p><p>c) 4,48 g/mL</p><p>d) 6,59 g/mL</p><p>4) Observe a tabela a seguir.</p><p>Quais materiais flutuam na água (dH20 = 1 g/cm3)?</p><p>a) I e II</p><p>b) II e III</p><p>c) III e IV</p><p>d) II e IV</p><p>5) (Unifor) Um corpo sólido, de massa 90 g e volume 100 cm3, encontra-se no fundo de um recipiente de um líquido de densidade 0,60 g/cm3. Misturando-se um outro líquido de densidade 1,5 g/cm3, o corpo começa a flutuar quando a densidade da mistura, em g/cm3, for superior a:</p><p>a) 0,90</p><p>b) 1,0</p><p>c) 1,1</p><p>d) 1,2</p><p>e) 1,3</p><p>6) (UFPI) Em uma cena de um filme, um indivíduo corre carregando uma maleta tipo 007 (volume de 20 dm3) cheia de barras de um certo metal. Considerando que um adulto de massa média (70 kg) pode deslocar, com uma certa velocidade, no máximo o equivalente à sua própria massa, indique qual o metal contido na maleta, observando os dados da tabela. (Dado: 1 dm3 = 1 L = 1.000 cm3)</p><p>a) Alumínio</p><p>b) Zinco</p><p>c) Prata</p><p>d) Chumbo</p><p>e) Ouro</p><p>7) (Enem) Pelas normas vigentes, o litro do álcool hidratado que abastece os veículos deve ser constituído de 96% de álcool puro e 4% de água (em volume). As densidades desses componentes são dadas na tabela.</p><p>Um técnico de um órgão de defesa do consumidor inspecionou cinco postos suspeitos de venderem álcool hidratado fora das normas. Colheu uma amostra do produto em cada posto e mediu a densidade de cada uma, obtendo:</p><p>Por meio desses dados, o técnico pôde concluir que estavam com o combustível adequado somente os postos</p><p>a) I e II.</p><p>b) I e III.</p><p>c) II e IV.</p><p>d) III e V.</p><p>e) IV e V.</p><p>Empuxo</p><p>O empuxo é a força que atua sobre objetos que são parcialmente ou completamente imersos em fluidos, como o ar e água. Também conhecido como Princípio de Arquimedes, o empuxo sempre apresenta direção vertical, sentido para cima e é medido em Newtons.</p><p>De acordo com o princípio de Arquimedes, a força de empuxo sobre um corpo tem magnitude igual ao peso do fluido que foi deslocado devido à imersão do corpo.</p><p>O empuxo surge por causa da diferença de pressão existente entre a parte inferior e superior de um objeto mergulhado em um fluido. A pressão na parte inferior, em virtude da maior profundidade, é maior que a pressão na parte superior, o que resulta no surgimento de uma força vertical para cima, o empuxo.</p><p>A força depende exclusivamente do volume do fluido que foi deslocado, bem como a densidade do fluido e a gravidade local.</p><p>E = d.V.g</p><p>E – empuxo (N)</p><p>d – densidade do fluido (kg/m³)</p><p>V – volume imerso do corpo ou volume de fluido deslocado (m³)</p><p>g = gravidade</p><p>O empuxo é vetorial, por isso, para fazer os cálculos com essa grandeza, é necessário que aplique as regras da adição vetorial. Por tratar-se de uma força, a resolução de exercícios mais complexos exige que, seja aplicado a segunda lei de Newton, a qual alega que a força resultante sobre um corpo é igual ao produto de sua massa pela aceleração.</p><p>Exemplo:</p><p>Pelo esquema é possível perceber como funciona o equilíbrio de flutuação, ou seja, é possível saber se um corpo afundará ou se manterá em flutuação:</p><p>· Se o peso do corpo for maior que o empuxo exercido pelo fluido, o objeto afundará;</p><p>· Se o peso do corpo for igual ao empuxo exercido pelo fluido, o objeto permanecerá em equilíbrio;</p><p>· Se o peso do corpo for menor que o empuxo exercido, o objeto flutuará até a superfície do fluido.</p><p>O que determina se um corpo afunda ou flutua não é apenas o seu peso, mas a forma como o peso se compara com o empuxo. Além disso, podemos comparar a densidade de um corpo com a densidade do líquido onde ele está submerso para saber se ele afunda ou flutua.</p><p>Temos três casos de flutuação:</p><p>· O corpo flutua no líquido: a densidade do corpo é menor do que a densidade do líquido, isso quer dizer que o empuxo exercido sobre ele é maior que o seu peso</p><p>· O corpo afunda no líquido: a densidade do corpo é maior do que a densidade do líquido. O corpo afunda porque o seu peso é maior que o empuxo exercido pelo fluido.</p><p>· O corpo não flutua nem afunda no líquido: o corpo e o líquido têm mesma densidade. O peso e o empuxo são iguais em módulo.</p><p>8) (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</p><p>a) maior que a força peso do petroleiro.</p><p>b) igual à força peso do petroleiro.</p><p>c) maior que a força peso da água deslocada.</p><p>d) igual à força peso do volume submerso do navio.</p><p>e) igual à massa da água deslocada.</p><p>9) (Enem 2010) Durante uma obra em um clube, um grupo de trabalhadores teve de remover uma escultura de ferro maciço colocada no fundo de uma piscina vazia. Cinco trabalhadores amarraram cordas à escultura e tentaram puxá-la para cima, sem sucesso.</p><p>Se a piscina for preenchida com água, ficará mais fácil para os trabalhadores removerem a escultura, pois</p><p>a</p><p>a) escultura flutuará. Dessa forma, os homens não precisarão fazer força para remover a escultura do fundo.</p><p>b) escultura ficará com peso menor, Dessa forma, a intensidade da força necessária para elevar a escultura será menor.</p><p>c) água exercerá uma força na escultura proporcional a sua massa, e para cima. Esta força se somará á força que os trabalhadores fazem para anular a ação da força peso da escultura.</p><p>d) água exercerá uma força na escultura para baixo, e esta passará a receber uma força ascendente do piso da piscina. Esta força ajudará a anular a ação da força peso na escultura.</p><p>e) água exercerá uma força na escultura proporcional ao seu volume, e para cima. Esta força se somará à força que os trabalhadores fazem, podendo resultar em uma força ascendente maior que o peso da escultura.</p><p>10) (Enem 2011) Em um experimento realizado para determinar a densidade da água de um lago, foram utilizados alguns materiais conforme ilustrado: um dinamômetro D com graduação de 0 N a 50 N e um cubo maciço e homogêneo de 10 cm de aresta e 3 kg de massa. Inicialmente, foi conferida a calibração do dinamômetro, constatando-se a leitura de 30 N quando o cubo era preso ao dinamômetro e suspenso no ar. Ao mergulhar o cubo na água do lago, até que metade do seu volume ficasse submersa, foi registrada a leitura de 24 N no dinamômetro.</p><p>Considerando que a aceleração da gravidade local é de 10 m/s², a densidade da água do lago, em kg/m³, é:</p><p>a) 0,6</p><p>b) 1,2</p><p>c) 1,5</p><p>d) 2,4</p><p>e) 4,8</p><p>11) (Uerj 2016) Uma barca para transportar automóveis entre as margens de um rio, quando vazia, tem volume igual a 100 m3 e massa igual a 4,0x104 kg. Considere que todos os automóveis transportados tenham a mesma massa de 1,5x103 kg e que a densidade da água seja de 1000 kgxm-3. O número máximo de automóveis que podem ser simultaneamente transportados pela barca corresponde a:</p><p>a) 10</p><p>b) 40</p><p>c) 80</p><p>d) 120</p><p>12) Um objeto com massa de 10 kg e volume de 0,002 m3 é colocado totalmente dentro da água (d = 1 kg/L).</p><p>a) Qual é o valor do peso do objeto?</p><p>b) Qual é a intensidade da força de empuxo que a água exerce no objeto?</p><p>c) Qual o valor do peso aparente do objeto?</p><p>d) Desprezando o atrito com a água, determine a aceleração do objeto.</p><p>13) Um bloco de madeira (dc = 0,65 g/cm3), com 20 cm de aresta, flutua na água (dagua = 1,0 g/cm3) . Determine a altura do cubo que permanece dentro da água.</p><p>image4.jpeg</p><p>image5.png</p><p>image6.png</p><p>image7.png</p><p>image8.png</p><p>image9.png</p><p>image10.png</p><p>image11.png</p><p>image12.jpeg</p><p>image13.jpeg</p><p>image14.gif</p><p>image15.gif</p><p>image1.png</p><p>image2.jpeg</p><p>image3.jpeg</p>