Um objeto de 5 kg é liberado a partir do repouso quando está totalmente imerso em um líquido. O líquido deslocado pelo objeto tem massa de 2 kg . Que distância o objeto percorre em
e em que sentido, supondo que se desloca livremente e que a força de arrasto exercida pelo líquido é desprezível?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente está lidando com cinemática e dinâmica, que são partes da física que estudam como os objetos se movem e quais forças agem sobre eles. Precisamos saber como calcular a força resultante no objeto e, a partir disso, descobrir a aceleração e a distância que ele percorre em 0,2 segundos. Vamos precisar usar as leis do movimento de Newton e algumas fórmulas de movimento retilíneo uniformemente variado.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as forças que atuam no objeto. Como o objeto está totalmente imerso no líquido e a força de arrasto é desprezível, temos duas forças principais:
-
Força gravitacional (Peso): é a força com que a Terra atrai o objeto para baixo. Ela é calculada por:Onde:
-
é a massa do objeto (5 kg) -
é a aceleração da gravidade (aproximadamente )
-
-
Força de empuxo (Buoyant Force): é a força para cima exercida pelo líquido sobre o objeto, igual ao peso do líquido deslocado. Calculamos por:Onde:
-
é a massa do líquido deslocado (2 kg)
-
Passo 3
Vamos calcular cada uma dessas forças:
-
Peso do objeto:
-
Empuxo:
Passo 4
Agora, vamos determinar a força resultante que age no objeto. Essa força é a diferença entre o peso do objeto e o empuxo:
Essa força resultante está direcionada para baixo, pois o peso é maior que o empuxo.
Passo 5
Com a força resultante, podemos encontrar a aceleração do objeto usando a segunda lei de Newton:
Substituindo os valores:
Passo 6
Agora que temos a aceleração, vamos calcular a distância percorrida em 0,2 segundos. Como o objeto parte do repouso, usamos a fórmula do movimento retilíneo uniformemente acelerado:
Onde:
-
(parte do repouso) -
-
Substituindo:
Resposta
O objeto percorre aproximadamente 0,118 metros para baixo em 0,2 segundos.
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