Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 14.7 - Ex. 42
Na figura, um bloco retangular é gradualmente empurrado para dentro de um líquido. O bloco tem uma altura ; a área das faces superior e inferior é . A Fig. 14-39b mostra o peso aparente do bloco em função da profundidade da face inferior. A escala do eixo vertical é definida por . Qual é a massa específica do líquido?
Passo 1
Primeiro, lembre-se que “Peso aparente” é aquele peso medido de um objeto submerso em um fluido. Tal peso é sempre menor que o peso do fluido medido fora do fluido devido à ação da força de empuxo para cima.
Esse peso é dado por .
Passo 2
Imagine um corpo totalmente submerso em um líquido, sendo mantido submerso por meio da ação de uma força externa (pode ser você segurando o objeto no fundo , por exemplo). Se esse objeto for menos denso que a água, ele tenderá a subir e, a partir do momento em que ele encontra a superfície do líquido, o seu volume submerso irá diminuir (de acordo com o que demonstra a reta descendente do gráfico) e, portanto, seu peso aparente será cada vez maior. Quando esse objeto abandona completamente o líquido, o empuxo para de atuar sobre ele e, portanto, o seu peso aparente passa a ser constante e igual a (pois nesse caso . Então, podemos perceber que a altura do bloco é igual a , pois quando esse comprimento é atingido, o peso aparente passa a mudar de comportamento, indicando o momento em que o corpo passa a ser submerso no fluido.
Passo 3
Agora, vamos identificar o valor do “Peso real” do corpo. Certamente, ele é igual ao maior valor de peso indicado no gráfico, uma vez que o peso aparente diminui a partir do valor do peso real. Logo, temos que . Assim, usando a expressão anterior para calcular o empuxo quando , temos:
Passo 4
Isolando (densidade do fluido) na expressão acima sabendo que e , temos: