Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 14.1 - Ex. 1
Um peixe se mantém na mesma profundidade na água doce ajustando a quantidade de ar em ossos porosos ou em bolsas de ar para tornar sua massa específica média igual à da água. Suponha que, com as bolsas de ar vazias, um peixe tem uma massa específica de . Para que fração de seu volume expandido o peixe deve inflar as bolsas de ar para tornar sua massa específica igual à da água?
Passo 1
Representada pela constante , a massa específica de um corpo é definida pela razão entre a sua massa e o volume que ele ocupa no espaço, segundo a expressão abaixo, em que e representam a sue massa e seu volume do corpo, respectivamente.
Esse é o conceito chave para resolvermos a questão seguindo os próximos passos.
Passo 2
Vamos entender esse processo de expansão de volume do peixe por partes:
Inicialmente, quando suas bolsas de ar estavam vazias, suponha que o volume do peixe era e sua densidade igual a :
Como a quantidade de matéria que compõe o seu corpo permanece a mesma, durante a expansão do volume de suas bolsas de ar, apenas seu volume é alterado, passando a ser igual a . Assim, sua densidade diminui, passando a ser igual à da água ( ):
Passo 3
A questão nos pergunta a que fração do volume expandido final corresponde o aumento de volume do peixe ao final do processo. Em outras palavras, precisamos calcular a relação
Para encontrá-la, basta utilizarmos o sistema, que representa o valor da massa do peixe, constante durante todo o processo:
Logo:
E
Logo:
Se a massa não muda durante todo o processo, como já conversamos, então podemos igualar:
Assim, utilizando o fato de que , temos:
Ou seja,
Resposta
7,4%