Durante um acidente, um carro com as janelas fechadas mergulha em um lago e afunda a uma profundidade de 8 m . O ocupante tenta abrir a porta, mas não consegue, mesmo que a porta não pareça estar danificada.
Qual é a força exercida pelo ar confinado dentro do carro, que está à pressão atmosférica, sobre a porta?
Qual é a força exercida pelo ar confinado dentro do carro, que está à pressão atmosférica, sobre a porta?
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um carro que afundou até 8 metros de profundidade em um lago, com as janelas fechadas. O ar dentro do carro está à pressão atmosférica normal, e o ocupante não consegue abrir a porta. A matéria envolvida aqui é estática dos fluidos, mais especificamente, pressão em fluidos. Para resolver, vamos precisar usar a fórmula da pressão em profundidades de fluidos e relacionar isso com a força.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a pressão exercida pela água externamente sobre a porta do carro. A pressão total em uma profundidade
em um fluido é dada por:
onde:
-
é a pressão atmosférica (aproximadamente ), -
é a densidade da água ( ), -
é a aceleração da gravidade ( ), -
é a profundidade (8 m).
Passo 3
Vamos calcular a pressão exercida pela água na profundidade de 8 metros:
Passo 4
A pressão interna do ar dentro do carro é a pressão atmosférica
. A pressão externa total na porta é a soma da pressão atmosférica com a pressão da água:
Passo 5
A força resultante que tenta manter a porta fechada é a diferença de pressão multiplicada pela área da porta. Porém, para encontrar a força exercida exclusivamente pelo ar interno sobre a porta, consideramos apenas a pressão interna
:
onde
é a área da porta. Porém, como a área
não foi fornecida no enunciado, a resposta será em termos de
:
Resposta
A força exercida pelo ar confinado dentro do carro sobre a porta é
, onde
é a área da porta.
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são misturados com
de água a
, com a mistura isolada termicamente.
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i) Do alumínio? (5%)
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