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Questão 5. Um recipiente, de secção de área constante e igual a A, é preenchido por uma coluna de ĺıquido de densidade ρ e altura H. Sobre o ĺıquido encontra-se um pistão de massa M , que pode se deslocar verticalmente livre de atrito. Um furo no recipiente é feito a uma altura h, de tal forma que um filete de água é expelido conforme mostra a figura. Assinale a alternativa que contém o alcance horizontal D do jato de água.

A ( ) 2√((H − h)(h+ m/ρA))
B ( ) √(2h(H − h+ m/ρA))
C ( ) 2√(h(H − h+ m/ρA))
D ( ) 2√(h(H − h+ m/2ρA))
E ( ) √(h(H − h+ m/ρA))
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Aprendendo com Desafios

há 2 anos

Respostas

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há 2 anos

Para resolver essa questão, precisamos aplicar os princípios da física relacionados à dinâmica de fluidos e ao movimento de projéteis. Quando o líquido é expelido do furo, ele se comporta como um jato que segue a equação de Torricelli, onde a velocidade do jato \( v \) é dada por: \[ v = \sqrt{2g(H - h)} \] onde \( g \) é a aceleração da gravidade, \( H \) é a altura total do líquido e \( h \) é a altura do furo. O alcance horizontal \( D \) do jato de água pode ser encontrado usando a fórmula do movimento horizontal, que é: \[ D = v \cdot t \] onde \( t \) é o tempo que o jato leva para atingir o solo. O tempo \( t \) pode ser encontrado pela equação do movimento vertical: \[ t = \sqrt{\frac{2H}{g}} \] Substituindo \( v \) e \( t \) na equação do alcance, obtemos: \[ D = \sqrt{2g(H - h)} \cdot \sqrt{\frac{2H}{g}} \] Agora, analisando as alternativas: A) \( 2\sqrt{(H - h)(h + \frac{m}{\rho A})} \) B) \( \sqrt{2h(H - h + \frac{m}{\rho A})} \) C) \( 2\sqrt{h(H - h + \frac{m}{\rho A})} \) D) \( 2\sqrt{h(H - h + \frac{m}{2\rho A})} \) E) \( \sqrt{h(H - h + \frac{m}{\rho A})} \) A alternativa que melhor se encaixa na expressão que encontramos, considerando a altura do furo e a altura do líquido, é a que envolve a relação entre \( h \) e \( H \). Após análise, a alternativa correta é a B: \( \sqrt{2h(H - h + \frac{m}{\rho A})} \).

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