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O princípio da flutuação é amplamente aplicado em diversos campos, desde a engenharia naval até o desenvolvimento de dispositivos de segurança, como coletes salva-vidas. A capacidade de um objetivo emergir na superfície de um líquido depende diretamente das forças envolvidas, especialmente do empuxo exercido pelo fluido sobre o corpo submerso. Em um experimento de dinâmica de fluidos, um pesquisador submerge um corpo sólido de densidade 0,800 g/cm³ a uma profundidade de 5 metros, dentro de um líquido cuja densidade é de 1,0 g/cm³. O corpo, com um volume de 100 metros cúbicos, é então liberado e começa a subir devido à diferença de densidade. Sabendo que a aceleração da gravidade é g igual a 9,8 m/s², e desprezado a viscosidade e tensão superficial do líquido, a altura máxima acima da superfície livre do líquido que o corpo alcança, antes de retornar à superfície, é aproximadamente:
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JULIANO SCHEURER

há 3 semanas

Respostas

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há 3 semanas

Vamos resolver passo a passo: Dados: - Densidade do corpo, ρ_corpo = 0,800 g/cm³ = 800 kg/m³ (convertendo para kg/m³) - Densidade do líquido, ρ_liquido = 1,0 g/cm³ = 1000 kg/m³ - Volume do corpo, V = 100 m³ - Aceleração da gravidade, g = 9,8 m/s² - Profundidade inicial = 5 m - Desprezar viscosidade e tensão superficial --- Passo 1: Calcular o empuxo (força para cima) exercido pelo líquido Empuxo \( E = \rho_{liquido} \times V \times g = 1000 \times 100 \times 9,8 = 980.000 \, N \) --- Passo 2: Calcular o peso do corpo Peso \( P = \rho_{corpo} \times V \times g = 800 \times 100 \times 9,8 = 784.000 \, N \) --- Passo 3: Calcular a força resultante (força líquida para cima) \( F_{resultante} = E - P = 980.000 - 784.000 = 196.000 \, N \) --- Passo 4: Calcular a massa do corpo \( m = \rho_{corpo} \times V = 800 \times 100 = 80.000 \, kg \) --- Passo 5: Calcular a aceleração do corpo para cima \( a = \frac{F_{resultante}}{m} = \frac{196.000}{80.000} = 2,45 \, m/s^2 \) --- Passo 6: Calcular a velocidade do corpo ao chegar na superfície Usando a fórmula do movimento retilíneo uniformemente acelerado (MRUA): \( v^2 = 2 a s \), onde \( s = 5 \, m \) (profundidade) \( v = \sqrt{2 \times 2,45 \times 5} = \sqrt{24,5} \approx 4,95 \, m/s \) --- Passo 7: Calcular a altura máxima que o corpo sobe acima da superfície Após sair da água, a única força atuando é o peso (para baixo), com aceleração \( g = 9,8 \, m/s^2 \). Usando a fórmula do movimento vertical para subida: \( h = \frac{v^2}{2g} = \frac{(4,95)^2}{2 \times 9,8} = \frac{24,5}{19,6} \approx 1,25 \, m \) --- Resposta final: A altura máxima que o corpo alcança acima da superfície do líquido antes de retornar é aproximadamente 1,25 metros.

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