Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 19.2 - Ex. 12
Salvamento no fundo do mar. Quando o submarino norte-americano Squalus enguiçou a de profundidade, uma câmara cilíndrica foi usada para resgatar a tripulação. A câmara tinha um raio de e uma altura de , era aberta do fundo e levava dois operadores. Foi baixada ao longo de um cabo-guia que um mergulhador havia fixado ao submarino. Depois que a câmara completou a descida e foi presa a uma escotilha do submarino, a tripulação pôde passar para a câmara. Durante a descida, os operadores injetaram ar na câmara, a partir de tanques, para que a câmara não fosse inundada. Suponha que a pressão do ar no interior da câmara era igual à pressão da água à profundidade , dada por , onde na superfície e é a massa específica da água do mar. Suponha uma temperatura constante de na superfície e uma temperatura da água de na profundidade em que se encontrava o submarino. (a) Qual era o volume de ar na câmara na superfície? (b) Se não tivesse sido injetado ar na câmara, qual seria o volume do ar na câmara à profundidade ? (c) Quantos mols adicionais de ar foram necessários para manter o volume inicial de ar na câmara?
Passo 1
(a) Belezoca galerinha, na superfície o volume de ar na câmara é simplesmente o volume da câmara.
Como a câmara é um cilindro, isso vira uma questão de geometria espacial. Lembra da fórmula do volume do cilindro?
E todos esses valores já foram dados na questão, logo:
Passo 2
(b) Iradoso, agora na superfície, a temperatura e a pressão do ar no interior do submarino eram
Isso sob um profundidade . Além disso temos
Sendo assim:
Logo:
Ou em :
Sendo assim, de acordo com a lei dos gase ideiais,, o volume de ar nessa profundidade é:
Logo:
Passo 3
(c) Show de bolinhas, agoora a redução de volume é dada como:
E de acordo com a equação:
Temos que é dado como:
Sendo assim, obtemos que:
Isso quer dizer que para manter o volume inicial de ar na câmara, é preciso inserir de ar.
Resposta
(a)
(b)
(c)