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Física

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Um tubo em forma de U está aberto em ambas as extremidades e contêm uma porção de mercúrio. Uma quantidade de água é cuidadosamente derramada na extremidade esquerda do tubo em forma de U até que a altura da coluna de água seja igual a 15,0 cm. Calcule a distância vertical h entre o topo da superfície do mercúrio do lado direito e o topo da superfície da água do lado esquerdo? Dados: ρH20 = 0,998 x 103 kg/m3, ρHg = 13,6 x 103 kg/m3 e g = 9,8 m/s2.
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Exercícios Para o Aprendizado

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Para resolver essa questão, podemos usar o princípio de Pascal e a equação de equilíbrio de pressões no tubo em U. A pressão exercida pela coluna de água deve ser igual à pressão exercida pela coluna de mercúrio. 1. Cálculo da pressão da coluna de água: \[ P_{água} = \rho_{água} \cdot g \cdot h_{água} \] Onde: - \(\rho_{água} = 0,998 \times 10^3 \, \text{kg/m}^3\) - \(g = 9,8 \, \text{m/s}^2\) - \(h_{água} = 15,0 \, \text{cm} = 0,15 \, \text{m}\) Substituindo os valores: \[ P_{água} = 0,998 \times 10^3 \cdot 9,8 \cdot 0,15 \] \[ P_{água} \approx 147,15 \, \text{Pa} \] 2. Cálculo da pressão da coluna de mercúrio: \[ P_{Hg} = \rho_{Hg} \cdot g \cdot h_{Hg} \] Onde: - \(\rho_{Hg} = 13,6 \times 10^3 \, \text{kg/m}^3\) - \(h_{Hg} = h\) (a altura que queremos encontrar) A pressão da coluna de mercúrio deve ser igual à pressão da coluna de água: \[ P_{água} = P_{Hg} \] \[ 147,15 = 13,6 \times 10^3 \cdot 9,8 \cdot h \] 3. Isolando \(h\): \[ h = \frac{147,15}{13,6 \times 10^3 \cdot 9,8} \] \[ h \approx \frac{147,15}{133,28 \times 10^3} \] \[ h \approx 0,0011 \, \text{m} = 1,1 \, \text{cm} \] Portanto, a distância vertical \(h\) entre o topo da superfície do mercúrio do lado direito e o topo da superfície da água do lado esquerdo é aproximadamente 1,1 cm.

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