Enunciado

Uma piscina tem dimensões 30,0   m × 10,0   m e fundo plano. Quando ela é cheia até uma profundidade de 2,00 m com água doce, qual é a força exercida pela água sobre (a) o fundo? (b) Cada extremidade? (c) Cada lado?

Passo 1

Fala aí! Vamos começar calculando o volume de água nessa piscina, basicamente, é só multiplicar as dimensões:

V =   30 × 10 × 2 = 600   m 3

Beleza, quer dizer que a gente tem 120 m³ de água nessa piscina. Agora, vamos calcular qual o peso disso tudo, considerando a densidade da água como 1000 kg/m³ e que ela é dada por:

d = m v

Onde:

d → d e n s i d a d e

m → m a s s a

v → v o l u m e

Logo,

1000 = m 600 → m = 600.000   k g

E, para encontrar o peso disso, é só multiplicar pela gravidade:

p = m g = 600.000 × 10 = 6.000.000   N

Essa é a força exercida sobre o fundo da piscina.

Passo 2

Agora, para encontrar a força exercida sobre cada lado, a coisa fica um pouquinho mais complicada. Isso porque, como sabemos, a pressão da água muda conforme a profundidade, ou seja, temos que considerar todas as profundidades possíveis!

Mas, relaxa, existe um jeito mais prático de fazer isso. Se liga, sabemos que a pressão varia linearmente com a profundidade, portanto, a pressão média ( P - ) exercida pela água sobre a parede da piscina é a média daquela no topo e da pressão no fundo:

P - = P t o p o + P f u n d o 2

A pressão no topo é igual a zero, né? E a no fundo é calculada pelo produto da densidade, da gravidade e da profundidade, ou altura ( d ⋅ g ⋅ H ). Então:

P - = 0 + d ⋅ g ⋅ H 2 = d ⋅ g ⋅ H 2

Agora, não confunda, essa é a pressão sobre a parede da piscina, nós queremos a força. Lembre que a pressão é dada pela força dividida pela área:

P = F A

Então, a força aqui será:

F = P ⋅ A = d ⋅ g ⋅ H ⋅ A 2

Considerando as dimensões e o formato retangular da piscina, as áreas laterais serão áreas de retângulos, assim dois lados terão área igual a A 1 = 30 ⋅ 2 = 60   m 2 , e os demais terão   A 2 = 10 ⋅ 2 = 20   m 2 . Portanto:

F 1 = d ⋅ g ⋅ H ⋅ A 1 2 = 1.000 ⋅ 10 ⋅ 2 ⋅ 60 2 = 600.000   N

E

F 2 = d ⋅ g ⋅ H ⋅ A 2 2 = 1.000 ⋅ 10 ⋅ 2 ⋅ 20 2 = 200.000

Resposta

  1. F = 6.000.000 N
  2. Cada extremidade de 10 m: F 2 = 200.000   N
  3. Cada lado de 30 m: F 1 =   600.000 N
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