Enunciado
Física - Príncipios de física - Serway - Princípios De Física: Oscilações, Ondas e Termodinâmica- Ed: 5º - Capítulo 15.Problemas - Ex. 8
Uma piscina tem dimensões 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:
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:
Onde:
Logo,
E, para encontrar o peso disso, é só multiplicar pela gravidade:
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 () exercida pela água sobre a parede da piscina é a média daquela no topo e da pressão no fundo:
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 (). Então:
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:
Então, a força aqui será:
Considerando as dimensões e o formato retangular da piscina, as áreas laterais serão áreas de retângulos, assim dois lados terão área igual a , e os demais terão . Portanto:
E
Resposta
- F = 6.000.000 N
- Cada extremidade de 10 m:
- Cada lado de 30 m: 600.000 N