Física 2 Uma Abordagem Estratégica Termodinamica, Optica Randall D. Knight (2009, Bookman)

Física 2 Uma Abordagem Estratégica Termodinamica, Optica Randall D. Knight (2009, Bookman)


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necessária para 
expan'di-lo em 1 mm? Explique. 
13. Um fio é esticado até o ponto de ruptura por meio de uma força de 
5.000 N. Um fio mais comprido, feito do mesmo material, tem o 
mesmo diâmetro. A força que expandirá o fio até o ponto de ruptura 
será maior, menor ou igual a 5.000 N? Explique. 
' 
CAPÍTULO 15 \u2022 Fluidos e Elasticidade 471 
EXERCÍCIOS E PROBLEMAS . 
Exercícios 
Seção 15.1 Fluidos 
\ / 11 Um béquer de 250 mL contém 240 g de líquido. Qual é a densi-J\ ~ade do líquido, em unidades do SI? . 
2. 1 Os recipientes A e B têm volumes iguais. O recipiente A contém 
hélio gasoso à pressão de 1,0 atm e temperatura de OºC. O recipien-
te B está completamente preenchido com um líquido cuja massa 
é 7 .00© vezes a massa do gás hélio no recipiente A. Identifique o 
'quido do recipiente B. 
Uma piscina de 6 m X 12 m tem uma declividade linear da pro-
undidade de 1,0 m de uma extremidade a outra, a 3,0 m de distân-
cia da primeira. Qual é a massa de água na piscina? 
4. li a. 50 g de gasolina são misturados com 50 g de água. Qual é a 
densidade média da mistura? 
b. 50 cm3 de gasolina são misturados com 50 cm3 de água. Qual 
é a densidade média da mistura? 
Seção 15.2 Pressão 
5. 1 O ponto mais profundo dos oceanos localiza-se 11 km abaixo do 
nível do mar, uma profundidade maior do que a altura do Monte 
Everest. A esta profundidade, qual é a pressão, em atmosferas? 
6. li a. Que volume de água tem a mesma massa que 8,0 m3 de álcool 
etílico? 
b. Se este volume de água estiver em um tanque cúbico, qual será 
a pressão no fundo? 
7. li Um barril, cheio com um líquido, tem 1,0 m de diâmetro e se en-
contra a uma profundidade de 2,0 m. A pressão no fundo do barril é 
de 1,3 atm. Qual é a massa do líquido no barril? 
8. li Uma camada de óleo com 50 cm de esp~ssura flutua sobre uma 
camada de água de 120 cm de espessura. Qual é a pressão no fundo 
da camada de água? 
9. li Um submarino de pesquisa possui uma janela de 20 cm de diâ-
metro e 8,0 cm de espessura. O fabricante alega que a janela pode 
suportar forças de até 1,0 X 106 N. Qual é a profundidade máxima 
de segurança do submarino? A pressão no interior do submarino é 
mantida em 1,0 atm. 
10. li Uma tampa circular de 20 cm de diâmetro é colocada sobre um 
buraco de 10 cm de diâmetro que leva a uma câmara parcialmente 
evacuada. A pressão na câmara é de 20 kPa. Quanta força é neces-
sária para remover a tampa do lugar? 
Seção 15.3 Medição e uso da pressão 
11. 1. Qual é a altura da coluna líquida de um barômetro de água à 
pressão atmosférica? 
12. li Ao longo de que distância um pistão de 2,0 cm de diâmetro deve 
ser pressionado sobre um cilindro de um elevador hidráulico para 
erguer um pistão de 8,0 cm de diâmetro em 20 cm? 
13. 1 Qual é o comprimento máximo de um canudo de modo que você 
consiga beber um refrigerante? 
14. li Qual é o diâmetro mínimo do tubo de um aspirador de pó ideal 
capaz de erguer do chão um cachorro de 10 kg? 
Seção 15.4 Empuxo 
15. 1 Uma esfera de 6,0 cm de diâmetro e massa de 89,3 g encontra-
se em equilíbrio hidrostático imersa em um líquido. Identifique o 
líquido. 
16. 1 Um cilindro de 6,0 cm de altura flutua na água com seu eixo per-
pendicular à superfície. O comprimento do cilindro acima da água 
é de 2,0 cm. Qual é a densidade do cilindro? 
17. 1 Uma esfera completamente imersa na água é amarrada ao fundo 
do recipiente por um barbante. A tensão no barbante corresponde a 
um terço do peso da esfera. Qual é a densidade da esfera? 
18. 1 Uma pedra de 5,0 kg e densidade de 4.800 kg/m3 é suspensa por 
um barbante de forma que metade de seu volume esteja submerso. 
Qual é a tensão no barbante? 
19. 1 Qual é a tensão no barbante da figura abaixo? 
Álcool etílico 
FIGURA EX15.19 
100 cm3 de alumí_nio, 
com densidade P AJ = 
2.700 kg/m3 
20. 1 Um cilindro de aço com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura 
(Paço = 7.900 kg/m3) flutua em mercúrio. O eixo do cilindro está 
perpendicular à superfície. Que comprimento de aço está acima da 
superfície? 
21. 1 Você e seus amigos estão em uma piscina jogando com uma bola 
de 60 cm de diâmetro. Quanta força seria necessária para manter a 
bola completamente submersa? 
22. li O isopor tem densidade de 150 kg/m3\u2022 Qual é a massa máxima 
que pode ser pendurada a uma esfera de isopor com 50 cm de di-
âmetro, na água, sem afundá-la? Suponha que o volume da massa 
pendurada seja desprezível comparado ao da esfera. 
Seção 15.5 Dinâmica dos fluidos 
23. li A água que flui por um cano de 2,0 cm de diâmetro pode encher 
uma banheira de 300 L em 5,0 minutos. Qual é a velocidade da 
água no cano? 
24. li Um cano de 1,0 cm de diâmetro se alarga para 2,0 cm e, depois, 
se estreita para 5,0 mm. Um líquido flui pelo primeiro segmento a 
uma velocidade de 4,0 m/s. 
a. Qual é a velocidade no segundo e no terceiro segmento? 
b. Qual é a vazão de volume no cano? 
25. li Um longo tubo horizontal tem secção transversal quadrada com 
lados de comprimento L. Um fluido se move pelo tubo com velo-
cidade v0\u2022 O tubo, então, passa a ter uma secção transversal circu-
lar com diâmetro L. Qual é a velocidade do fluido na parte circular 
do tubo? 
26. li Quanto marca o manômetro? 
~>OW\u2022 
2,0ws ÚJ~ 
FIGURAEXlS.26 ~!Om 
Seção 15.6 Elasticidade 
27. 1 Uma corda de aço de violão, com 80 cm de comprimento e 1,00 
mm de diâmetro, deve ser esticada por uma tensão de 2.000 N tor-
cendo-se as cravelhas. Em quanto a corda é esticada? 
472 Física: Uma Abordagem Estratégica 
28. 1 Um alpinista de 70 kg, pendurado por uma fenda, estica em 8,0 
cm uma corda de 50 m de comprimento e 1,0 cm de diâmetro. Qual 
é o módulo de Young da corda? 
29. li Que massa pendurada expandirá em 1,0 mm um fio de aço de 2,0 
m de comprimento e 0,50 mm de diâmetro? 
30. li Uma coluna de concreto de 3,0 m de altura e 50 cm de diâ-
metro sustenta uma carga de 200.000 kg. Em quanto a coluna é 
comprimida? 
31. 1 a. No oceano, qual é a pressão a uma profundidade de 5.000 m? 
b. Qual é a variação relativa de volume, /::,.V/V, da água do mar a 
esta pressão? 
c. Qual é a de~sidade da água do mar a esta pressão? 
Problemas 
32. li Um ginásio tem 16 m de altura. Em que porcentagem a pressão 
do ar no solo é maior do que a pressão do ar no teto? 
33. li Os dois cilindros de 60 cm de diâmetro da FIGURA PlS.33, fecha-
dos em uma das extremidades e abertos na outra, são unidos para 
formar um único cilindro, e depois o ar do interior é removido. 
a. Quanta força a atmosfera exerce sobre a extremidade plana de 
cada cilindro? 
b. Suponha que um cilindro seja aparafusado a um teto resistente. 
Quantos jogadores de futebol de 100 kg seriam necessários para 
se pendurarem ao cilindro inferior a fim de separar os dois cilin-
dros? 
FIGURA PlS.33 
4,0cm 
Pistão flutuante 
de 10 kg 
100 cm ' 
20cm 
~~~~· Óleo 60 cm 
B 
FIGURA PlS.34 
34. li a. Na FIGURA Pl 5.34, quanta força o fluido exerce sobre a extre-
midade A do cilindro? 
b. Quanta força o fluido exerce sobre a extremidade B do cilin-
dro? 
35. li Um amigo lhe pergunta quanta pressão existe nos pneus de seu 
carro. Você sabe que o fabricante do pneu recomenda 30 psi, mas já 
faz algum tempo que você checou a pressão da última vez. Você não 
consegue encontrar um calibrador de pneus no carro, mas encontra 
o manual do proprietário e uma régua. Felizmente, você acabou de 
cursar uma disciplina de física e, então, diz a seu amigo: "Não sei, 
mas posso descobrir". No manual do proprietário, você descobre 
que a massa do carro é de 1.500 kg. Parece razoável presumir que 
cada pneu sustente um quarto desse peso. Com a régua, você cons-
tata que os pneus têm 15 cm de largura e que a parte achatada do 
pneu, em contato com o solo, tem 13 cm de comprimento. Queres-
posta você dará a seu amigo? 
36. li Uma seringa de 2,0 mL tem