O que é força de flutuação? O que a causa? Qual é a intensidade da força de flutuação que age sobre um corpo submerso cujo volume é V? Quais são a direção e a linha de ação da força de flutuação?
Passo 1
Vamos começar entendendo o que o exercício está pedindo. Precisamos falar sobre força de flutuação, entender o que a causa, calcular sua intensidade para um corpo submerso com volume
, e descobrir sua direção e linha de ação. Para resolver isso, vamos usar conceitos de hidrostática, que é a parte da física que estuda os fluidos em repouso.
Passo 2
Primeiro, vamos definir o que é a força de flutuação. A força de flutuação, também conhecida como força de empuxo, é a força que um fluido exerce sobre um objeto parcialmente ou totalmente submerso nele. Essa força age para cima, contrária à força da gravidade, e é o que faz os objetos flutuarem ou afundarem.
Passo 3
Agora, vamos entender o que causa a força de flutuação. A força de flutuação é gerada pela diferença de pressão do fluido no fundo e na parte superior do objeto submerso. Essa diferença de pressão cria uma força resultante para cima. Em termos simples, o fluido empurra o objeto para cima com uma força igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto.
Passo 4
Vamos calcular a intensidade da força de flutuação. De acordo com o princípio de Arquimedes, a força de flutuação
é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. A fórmula para isso é:
Onde:
-
é a densidade do fluido, -
é a aceleração da gravidade, -
é o volume do objeto submerso.
Então, a intensidade da força de flutuação depende diretamente da densidade do fluido, da gravidade e do volume do objeto.
Passo 5
Por fim, vamos determinar a direção e a linha de ação da força de flutuação. A força de flutuação sempre atua para cima, perpendicularmente à superfície do fluido. Ela atua no centro de massa do fluido deslocado, o que geralmente coincide com o centro geométrico do objeto se o objeto tiver formato regular.
Resposta
A força de flutuação é a força que um fluido exerce para cima sobre um objeto submerso, causada pela diferença de pressão no fluido. Sua intensidade é dada por
, onde
é a densidade do fluido,
é a aceleração da gravidade e
é o volume do objeto. A força de flutuação atua para cima e sua linha de ação está no centro do volume do fluido deslocado pelo objeto.
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Uma amostra de
de um gás ideal monoatômico de massa molar hipotética
inicialmente a uma pressão de
e uma temperatura de 300 K , é submetida a uma expansão isobárica até que seu volume seja quintuplicado. Encontre:
( 0,5 pontos) (a) O volume (em m ) e temperatura do gás ao final da expansão.
( 0,5 pontos) (a) O volume (em m
O casco de um barco tem um volume de
, e a massa total do barco vazio é de 8560 Kg . Determine quanta carga esse barco pode carregar sem afundar: (a) em um lago e (b) na água do mar com densidade de 1,03.
Em seguida, a pressão do gás é aumentada, a temperatura constante, até que o volume original (ou seja volume do gás nas condições de
, e
), seja novamente atingida. Encontre:
( 0,5 pontos) © A pressão do gás (em Pascal) após este processo.
( 0,5 pontos) © A pressão do gás (em Pascal) após este processo.
Em seguida, a pressão do gás é aumentada, a temperatura constante, até que o volume original (ou seja volume do gás nas condições de
, e
), seja novamente atingida. Encontre:
( 0,5 pontos) (e) Mostre o processo inteiro em um diagrama PV. Escolha escalas adequadas para os dois eixos.
( 0,5 pontos) (e) Mostre o processo inteiro em um diagrama PV. Escolha escalas adequadas para os dois eixos.