Considere um submarino como uma casca metálica esférica oca, capaz de atingir até 1000 m de profundidade em alto-mar. Os mecanismos de submersão e emersão consistem em deslocar água para dentro e para fora de um compartimento do submarino, respectivamente. Assinale o que for correto.
(Dados: Densidade da água é 1,000 g / cm^3, densidade da água do mar é 1,030 g / cm^3, pressão atmosférica ao nível do mar é 1,013 times 10^5 N / m^2, aceleração da gravidade é 9,8 m / s^2 )
  1. Esse submarino suporta uma pressão de 10GPa.
  2. Em água não salgada, esse submarino consegue atingir profundidade superior a 1000m.
  3. A submersão e a emersão do submarino podem ser reguladas pela resultante do empuxo sobre ele e do peso dele.
  4. Caso esse submarino esteja em uma região com presença de campo elétrico não nulo e homogêneo, o campo elétrico observado dentro do submarino será inversamente proporcional à distância das extremidades dessa embarcação.
  5. Submarinos utilizam ondas eletromagnéticas para detectar objetos em alto-mar, empregando sonares.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício sobre um submarino esférico que pode mergulhar até 1000 metros de profundidade no mar. A ideia é analisar cinco afirmações e ver quais estão corretas. Vamos precisar usar conceitos de física como pressão, densidade, empuxo e alguns outros para resolver isso.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a pressão que o submarino precisa suportar. A pressão aumenta com a profundidade devido ao peso da água sobre ele. A fórmula para calcular a pressão em uma certa profundidade é:
P = P0 + rho cdot g cdot h
Onde:
  • P = 1,013 times 10^5 , N/m^2 + 1,030 times 10^3 , kg/m^3 cdot 9,8 , m/s^2 cdot 1000 , m é a pressão atmosférica ao nível do mar,
  • P = 1,013 times 10^5 + 1,030 times 10^3 cdot 9,8 cdot 10^3 é a densidade da água do mar,
  • P = 1,013 times 10^5 + 1,030 times 9,8 times 10^6 é a aceleração da gravidade,
  • P approx 1,013 times 10^5 + 1,0094 times 10^7 é a profundidade.
Substituindo os valores dados:
P approx 1,0195 times 10^7 , N/m^2
Calculando:
Isso dá uma pressão de aproximadamente , ou seja, cerca de 10,2 MPa, não 10 GPa.

Passo 3

Agora, sobre a profundidade em água não salgada. A densidade da água doce é menor ( ) comparada à água do mar ( ), o que significa que a pressão aumenta menos em água doce. Portanto, o submarino, que suporta até 10,2 MPa, poderia ir mais fundo em água doce antes de atingir sua capacidade máxima de pressão.

Passo 4

Vamos falar sobre submersão e emersão. O empuxo é a força que a água exerce para cima no submarino, e o peso é a força para baixo devido à gravidade. Regulando a quantidade de água deslocada no compartimento, o submarino pode controlar o empuxo e, consequentemente, subir ou descer na água.

Passo 5

Sobre o campo elétrico dentro do submarino: se há um campo elétrico externo, dentro de uma estrutura metálica fechada como o submarino, o campo elétrico interno será zero devido ao efeito de blindagem. Então, não seria inversamente proporcional à distância das extremidades, mas simplesmente nulo.

Passo 6

Por fim, sobre o sonar: Sonar utiliza ondas sonoras (não eletromagnéticas) para detectar objetos na água. Ondas eletromagnéticas não são usadas para sonar, e sim para outras tecnologias como radar.

Resposta

As afirmações corretas são:
  1. Em água não salgada, esse submarino consegue atingir profundidade superior a 1000m.
  2. A submersão e a emersão do submarino podem ser reguladas pela resultante do empuxo sobre ele e do peso dele.

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