Enunciado

Na FIGURA PD 15.72 , um cone de densidade ρ 0 e altura total l flutua em um líquido de densidade ρ f ·. A parte do cone acima do líquido tem altura h. Qual é a razão h/l entre a altura exposta e a altura total?

Passo 1

Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!!

Primeiro temos que entender que pelo princípio da força submersa, o peso do fluido que se desloca dentro do cone será igual ao peso do próprio cone. A questão vai ser determinar o volume da parte do cone que desloca o fluido. O volume do fluido é, portanto, a diferença de dois cones, um inteiro, e o outro vai ser a parte que o líquido se desloca.

V f = V - V u p

Substituindo os termos relacionados ao volume, temos que

V f = π R 2 l 3 - π r 2 h 3 = π 3 R 2 l - r 2 h

Considere uma seção transversal vertical do cone, uma similaridade triangular pode ser observada (No caso, h l = r R   ), portanto, a expressão para o volume se torna

V f = π R 2 l 3 1 - h l 3 = V 1 - h l 3

Como o cone está flutuando, nós temos que

m g = m f g → ρ f V f

Utilizando de razões e proporções

V f V = ρ 0 ρ f

Agora, vamos calcular a taxa de volumes, e com isso, substituir pelas densidades

V f V = 1 - h l 3 = ρ 0 ρ f

Isolando o termo h l , nós temos:

h l 3 = 1 - ρ 0 ρ f

Logo, a taxa será igual a

h l = 1 - ρ 0 ρ f 3

Resposta

h l = 1 - ρ 0 ρ f 3

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