Enunciado
Física - Hewitt - Física Conceitual- Ed: 12º - Capítulo 13.Pense e Resolva - Ex. 42
Em um laboratório, você descobre que uma pedra de 1 kg, suspensa por um dinamômetro acima da água, pesa 10 N. Quando ela é suspensa submersa na água, o dinamômetro marca apenas 8 N.
- Qual é a força de empuxo exercida sobre a pedra?
- Se o recipiente de água pesa 10 N quando está diretamente sobre uma balança, quanto marcará a balança quando a pedra estiver suspensa abaixo da superfície da água?
- Quanto marcará a balança depois que a pedra for liberada, e estiver em repouso no fundo do recipiente?
Passo 1
Fala, galera! Vamos calcular a força de empuxo exercida sobre a pedra no momento em que o dinamômetro marca 8 N. Tá lembrado como se calcula isso? A força de empuxo é igual ao peso equivalente ao volume de fluido deslocado pelo objeto submerso, mas aqui não temos nenhuma informação relevante pra calcular este volume. Então vamos ter que procurar outro caminho. Dá só uma olhada nesse diagrama das forças atuantes sobre a pedra:
A seta pra baixo representa o peso da pedra, as pra cima representam o empuxo e a tensão criada pela mola do dinamômetro. Reparou que essas são as únicas forças atuantes sobre a pedra? Tá, mas onde eu quero chegar? Ora, se o dinamômetro marcava 10 N e passou a marcar 8 N quando a pedra estava submersa, estes 2 N só podem ter sido compensados pela força de empuxo (:
Passo 2
Beleza, agora qual será o valor medido pela balança para o sistema recipiente de água + pedra suspensa? Tá lembrado que a balança mede a força normal? E o que é a normal nesse caso? Vamos dar uma olhada mais de perto ali na divisão entre a água e o fundo do recipiente.
A seta para baixo representa o peso do sistema e a para cima representa a normal. Como o sistema está em equilíbrio e são as únicas forças relevantes atuando ali, ambas serão iguais.
E qual é o peso do sistema? Será o peso do recipiente com água mais o peso aparente da pedra suspensa, que nos foi dado pelo enunciado.
Mas uma balança normalmente não tem marcação em newtons, né? Então, vamos representar isso em kg ou g:
Passo 3
Agora dá uma olhada no que acontece quando a gente deixa a pedra repousar no fundo do recipiente.
Reparou que apareceu outra força apontando pra baixo ali? Quem é essa força?
Então, meu caro apreciador das leis de Newton, essa última força é a reação do empuxo. Lembra o que caracteriza a terceira lei de Newton? Ela diz que para toda força de ação, existe uma reação de mesmo módulo e sentido oposto e ainda, como elas sempre estão em corpos diferentes, nunca se anulam.
Veja, então, que a força medida pela balança fica:
E representando isso em uma unidade de massa: