Um Gás está contido em um Dispositivo Vertical Cilindro-Pistão e SEM Atrito. O Pistão tem Massa de 4 kg e uma Seção Transversal de
. Uma Mola Comprimida acima do Pistão exerce uma Força de 60 N sobre ele. Se a Pressão Atmosférica for de 95 kPa , determine a Pressão DENTRO do Cilindro. Resposta:
.
Passo 1
Vamos resolver um problema de pressão em um cilindro com pistão. A gente vai usar conceitos de estática e pressão de fluidos. Precisamos saber calcular forças, entender como a pressão funciona e usar a fórmula da pressão. A gente vai precisar considerar o peso do pistão, a força da mola, a área da seção transversal e a pressão atmosférica.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o peso do pistão. O peso é a força com que a gravidade puxa o pistão para baixo. A fórmula para o peso é:
Onde:
-
(massa do pistão) -
(aceleração da gravidade)
Então:
Passo 3
Agora, vamos somar todas as forças que estão atuando para baixo sobre o pistão. Além do peso do pistão, temos a força da mola comprimida:
Passo 4
A pressão dentro do cilindro é dada pela força total dividida pela área da seção transversal do pistão. A fórmula da pressão é:
Onde:
-
-
(convertendo para metros quadrados)
Então:
Convertendo para kilopascais:
Passo 5
Agora, somamos a pressão atmosférica à pressão que encontramos dentro do cilindro, já que a pressão dentro é a soma da pressão exercida pelas forças internas e a pressão atmosférica exercida sobre o pistão: