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
, densidade da água do mar é
, pressão atmosférica ao nível do mar é
, aceleração da gravidade é
)
- Esse submarino suporta uma pressão de 10GPa.
- Em água não salgada, esse submarino consegue atingir profundidade superior a 1000m.
- A submersão e a emersão do submarino podem ser reguladas pela resultante do empuxo sobre ele e do peso dele.
- 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.
- Submarinos utilizam ondas eletromagnéticas para detectar objetos em alto-mar, empregando sonares.
(Dados: Densidade da água é
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:
Onde:
-
é a pressão atmosférica ao nível do mar, -
é a densidade da água do mar, -
é a aceleração da gravidade, -
é a profundidade.
Substituindo os valores dados:
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:
-
Em água não salgada, esse submarino consegue atingir profundidade superior a 1000m.
-
A submersão e a emersão do submarino podem ser reguladas pela resultante do empuxo sobre ele e do peso dele.
Exercícios relacionados
As leis de Newton e a lei de Gravitação Universal orientam o estudo da Mecânica Clássica. No que se refere a esse assunto, assinale o que for correto.
- Inércia é a propriedade que a matéria tem de tender a manter o seu estado de repouso ou de movimento.
- A terceira lei de Newton afirma que não existe ação sem a respectiva reação. Como essas duas forças são de mesma intensidade e direção e com sentidos opostos, sempre irão se anular.
- Uma pessoa tem um peso igual a 750 N na superfície do planeta Terra. Num certo planeta
, no qual a aceleração da gravidade vale , seu peso, na superfície, seria maior que 2500 N . - As leis de Kepler não são válidas para todos os sistemas solares do nosso Universo, pois dependem do tamanho dos planetas que giram em torno da estrela.
A solução de um oscilador fracamente amortecido (
) é dada por
, onde
é a constante de amortecimento por unidade de massa,
é a freqüência natural de oscilação e
é a amplitude inicial. Em
de ciclo, este oscilador tem energia total puramente cinética e sua velocidade é máxima. Em contra partida, na metade de um ciclo completo a energia total é puramente potencial e o módulo do deslocamento é máximo. (b) Obtenha as expressões literais para a energia total em
e
, onde T é o período da oscilação. Leve em conta que a energia total é a soma das energias potencial (
) e cinética (
).
A Eletrostática e a Eletrodinâmica são partes da Eletricidade que estudam os fenômenos ligados a portadores de carga elétrica em repouso e em movimento, respectivamente. Levando em conta esses campos de estudo, assinale o que for correto.
- Uma partícula de massa
e com carga positiva q gira, em órbita circular uniforme, em torno de uma partícula de massa carregada com carga - q. Sendo o raio da órbita igual a , então podemos afirmar que a frequência do movimento será: , onde é a constante eletrostática. - Sobre a eletrização por atrito podemos afirmar: (I) Os corpos se eletrizam sempre com cargas elétricas de sinais contrários; (II) As quantidades de carga elétrica dos corpos eletrizados, após o processo, têm sempre o mesmo valor absoluto.
- O conjunto de grandezas {campo elétrico, potencial elétrico, força elétrica} contém exclusivamente grandezas vetoriais.
- A unidade da grandeza potencial elétrico no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o J/C, enquanto a da grandeza campo elétrico é o N/C.
- Uma partícula carregada com carga negativa é lançada com certa velocidade que forma um ângulo de
com o vetor campo magnético. Logo, podemos afirmar que essa partícula fica submetida a um movimento helicoidal uniforme (MHU).
Uma barra homogênea de massa
e comprimento
está livre para girar em torno de um eixo horizontal que passa, perpendicularmente, a uma distância
do seu centro, cf. mostra a figura. Determine para que valor de
o período é mínimo.