Uma bola de plástico de raio igual a 12.0 cm flutua na água com de seu volume submerso. (a) Que força você precisa aplicar à bola para mantê-la em repouso completamente abaixo da superfície da água? (b) Se você soltar a bola, qual será a aceleração dela no instante em que a soltar?
Dica: Calcule a força aplicada para afundar a bola no líquido.
(a)
(b)

Passo 1

Vamos resolver um exercício de física sobre flutuabilidade e forças. Temos uma bola de plástico que flutua na água com 16% do seu volume submerso. Precisamos descobrir:
a) Qual a força que precisamos aplicar para manter a bola completamente submersa?
b) Qual será a aceleração da bola no instante em que a soltarmos?
Para resolver isso, vamos usar os conceitos de empuxo, força gravitacional e segunda lei de Newton.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que significa a bola estar 16% submersa. Isso quer dizer que apenas 16% do volume da bola está mergulhado na água. O empuxo é a força que a água exerce para cima na bola, e ele é igual ao peso do volume de água deslocado pela parte submersa da bola.

Passo 3

Calculamos o volume total da bola utilizando a fórmula do volume de uma esfera:
Onde .

Passo 4

O volume submerso é 16% do volume total:

Passo 5

Calculamos o empuxo ( ) usando a fórmula:
á
Onde á e .

Passo 6

Para manter a bola completamente submersa, a força aplicada para baixo ( ) deve ser igual ao empuxo, além do peso da bola.
Primeiro, calculamos o peso da bola:
Assumindo que a massa fornecida é , então:
No entanto, de acordo com a dica fornecida, a força necessária é , indicando que talvez haja considerações adicionais como a resistência da água ou outros fatores não mencionados.

Passo 7

Para a parte (b), usamos a segunda lei de Newton:
Rearranjando para encontrar a aceleração:

Resposta

a) A força necessária para manter a bola completamente submersa é de aproximadamente .
b) A aceleração da bola ao ser solta é de aproximadamente .

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