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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diâmetro interno de 6,0 mm, diâme-
tro interno da agulha de 0,25 mm e diâmetro do êmbolo (onde você 
coloca o dedo) de 1,2 cm. Uma enfermeira usa a seringa para injetar 
medicamento em um paciente cuja pressão arterial é 140/100. 
a. Qual é a força mínima que a enfermeira precisa exercer na se-
ringa? 
b. A enfermeira esvazia a seringa em 2,0 s. Qual é a velocidade de 
fluxo do medicamento pela agulha? 
37. li Qual é a massa total da atmosfera da Terra? 
38. li Suponha que a densidade da atmosfera da Terra fosse uma cons-
tante de 1,3 kg/m3, independentemente da altitude, até atingir o 
topo. Que espessura teria, então, a atmosfera? 
39. li Seu professor de ciências lhe deu como tarefa construir um barô-
metro de água. Você aprendeu que a pressão da atmosfera pode va-
riar em até 5% de 1 atmosfera padrão com as mudanças do clima. 
a. Que altura mínima deve ter seu barômetro? 
b. Em um dia de tempestade, o homem do tempo na TV diz que "a 
pressão barométrica esta tarde está reduzida em 29,55 polega-
das" . Qual é a altura da coluna de água do seu barômetro? 
40. li O recipiente mostrado na FIGURA PlS.40 está cheio de óleo. Ele é 
aberto à atmosfera no ramo esquerdo. 
a. Qual é a pressão no ponto A? 
b. Qual é a diferença de pressão entre os pontos A e B? E entre os 
pontos A e C? 
y (cm) 
100 
75 
50 
25 
e 
o 
FIGURA PlS.40 
A 
\u2022 
B 
70kg 
Óleo 
FIGURA PlS.41 
41. li a. O estudante de 70 kg da FIGURA PlS.41 equilibra um elefante 
de 1.200 kg em um elevador hidráulico. Qual é o diâmetro do pistão 
sobre o qual o aluno está de pé? 
b. Um segundo aluno de 70 kg se junta ao primeiro. Em que altu-
ra eles levantam o elefante? 
42. li Uma líder de torcida, de 55 kg, usa um elevador hidráulico cheio 
de óleo para sustentar quatro jogadores de futebol de 11 O kg cada 
um a uma altura de 1, O m. Se o seu pistão tiver 16 cm de diâmetro, 
qual será o diâmetro do pistão dos jogadores de futebol? 
43. li A Figura 15.19 mostra um elevador hidráulico com uma força 
'F\ equilibrando outra força F2\u2022 Suponha que a força F2 seja o peso 
invariável mg de um objeto de massa m. Derive a Equação 15.13, 
a qual significa que o incremento de força necessário para erguer o 
peso em uma distância d2 é l::i.F = pg(A 1 + A2)d2, onde pé a densi-
dade do líquido. 
44. li Um tubo em U, aberto nas duas extremidades, contém mercúrio. 
Derrama-se água no ramo esquerdo até que a coluna de água tenha 
10,0 cm de profundidade. A que distância de sua posição inicial o 
mercúrio sobe no ramo direito? 
45. li Derrama-se glicerina dentro de um tubo em U até que a altura 
nos dois ramos seja de 20 cm. A seguir, derrama-se álcool etílico 
em uma das extremidades até que a altura da coluna de álcool 
seja de 20 cm. Os dois líquidos não se misturam. Qual é a dife-
rença de altura entre a superfície da glicerina e a superfície do 
álcool? 
46. li Os geólogos inserem medidores de inclinação nas laterais de vul-
cões para medir o deslocamento da superfície enquanto o magma se 
-, 
' 
move dentro do vulcão. Embora a maioria dos medidores de incli-
nação usados hoje em dia sejam eletrônicos, o medidor tradicional , 
usado há décadas, consistia de duas ou mais latas de metal cheias de 
água posicionadas a alguma distância e conectadas por uma man-
gueira. A FIGURA Pl 5.46 mostra essas duas latas, cada qual com uma 
janela para medir a altura da água. Suponha que as latas sejam posi-
cionadas de forma que o nível da água em ambas esteja inicialmente 
na marca dos 5,0 cm. Uma semana mais tarde, o nível de água na 
lata 2 está na marca dos 6,5 cm. 
a. A lata 2 subiu ou desceu em relação à lata 1? Que distância? 
b. Onde está o nível de água, agora, na lata 1? 
FIGURA PlS.46 lOOm 
47. li A água se encontra a uma profundidade d atrás de uma represa de 
largura w. 
a. Obtenha uma expressão para a força resultante da água sobre a 
CAPÍTULO 15 \u2022 Fluidos e Elasticidade 473 
53. li Um tubo de plástico de 30 cm de altura e 4,0 cm de diâmetro 
tem uma das extremidades lacrada. Duzentas e cinqüenta gramas 
de grãos de chumbo são derramadas sobre o fundo do tubo, cuja 
massa é de 30 g; a seguir, o tubo é imerso em um líquido. O tubo 
flutua com 5,0 cm do comprimento acima da superfície. Qual é a 
densidade do líquido? 
54. li Um dia, ao entrar no laboratório de física, você encontra vários 
hemisférios de plástico flutuando como barcos em um tanque de 
água potável. Cada grupo de estudantes do laboratório é desafia-
do a determinar qual é a pedra mais pesada que pode ser colocada 
no fundo de um barco de plástico sem afundá-lo. Você pode fazer 
apenas uma tentativa. Se o barco afundar, você não ganhará ponto 
algum, e o número máximo de pontos irá para o grupo que conse-
guir colocar a pedra mais pesada sem afundar o barco. Você começa 
medindo um dos hemisférios e constata que sua massa é de 21 g e 
seu diâmetro, de 8,0 cm. Qual é a massa da pedra mais pesada que, 
em águas perfeitamente paradas, não afundará o barco de plástico? 
55. li Uma mola com constante elástica de 35 N/m é presa no teto de uma 
casa, e um cilindro de metal, com 1,0 kg e 5,0 cm de diâmetro, é preso 
à extremidade inferior da mola. O cilindro é inicialmente sustentado 
represa. ~W\,...._ 
b. Calcule a força resultante sobre uma represa de 100 m de~ 
com profundidade de água de 60 m. 
de forma que a mola não seja nem esticada nem comprimida, e depois 
um tanque de água é posicionado embaixo dele, com a superfície da 
água tocando levemente a parte inferior do cilindro. Quando liberado, 
o cilindro oscila algumas vezes, mas, amortecido pela água, rapida-
mente atinge uma posição de equilíbrio. Quando se encontra em equi-
líbrio, que comprimento do cilindro está submerso? 
Dica: Este problema requer uma integração. 
48. li Um tanque de aquário tem 100 cm de comprimento, 35 cm de 
largura e 40 cm de profundidade. Ele está cheio até o topo. 
a. Qual é a força da água sobre o fundo (100 cm X 35 cm) do tan-
que? 
b. Qual é a força da água sobre o vidro frontal ( 100 cm X 40 cm) do 
tanque? 
Dica: Este problema requer uma integração. 
49. li É possível usar a lei do gás ideal para mostrar que a densidade da 
atmosfera da Terra diminui exponencialmente com a altura, ou seja, 
p = p0exp( - zlz0), onde z é a altura acimà do nível do mar, Po é a 
densidade ao nível do mar (você pode usar o valor da Tabela 15.1) 
e z0 é chamada de escala de altura da atmosfera. (Ver Problema 
Desafiador 76.) 
a. Determine o valor de z0. 
b. Qual é a densidade do ar em Denver, EUA, a uma altitude de 
1.600 m? A que porcentagem da densidade ao nível do mar isso 
corresponde? 
Dica: Este problema requer uma integração. Qual é o peso da co-
luna de ar? 
50. 1 Você precisa determinar a densidade de uma estátua de cerâmica. 
Quando você a suspende por um dinamômetro, este marca 28,4 N. 
Você, então, coloca a estátua em uma banheira com água de 1"1a-
neira que ela fique completamente submersa, com o dinamômetro 
marcando 17,0 N. Qual é a densidade da estátua? 
5L li Um cilindro com secção transversal de área A flutua em um líqui-
do de densidade p com seu eixo longitudinal na vertical. 
a. Uma força exercida sobre o cilindro faz com que ele afunde no 
líquido. Encontre uma expressão para a força necessária para 
afundar o cilindro em uma distância x no líquido e mantê-lo as-
sim, submerso. 
b. Um cilindro de 4,0 cm flutua na água. Quanto trabalho deve ser 
realizado para afundá-lo em 10 cm? 
Dica: Será necessário efetuar uma integração. 
52. li Um líquido menos denso, com densidade p1, flutua sobre um 
líquido mais denso, com densidade p2. Um cilindro uniforme de 
comprimento l e densidade p, com p1 < p < p2, flutua na interface 
com seu eixo longo na vertical. Que fração do comprimento está 
imersa no líquido mais denso? 
56. li Um balão de 1,0 g é inflado com gás