Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 14.2 - Ex. 20b
O tanque em forma de mostrado na Figura está cheio d’água e é aberto na parte de cima. Se , qual é a força exercida pela água: (a) Na face e (b) Na face ?
Passo 1
(b) Belezoca galerinha, parecido com o que a gente fez no item (a), para o cálculo da força exercida pelo fluido na superfície vertical, como nesse caso ela varia em diversos pontos de acordo com a altura, vamos utilizar a seguinte expressão:
Lembrando que . Bora lá ver como vai ficar essa pressão!!
Passo 2
Agora na face B temos que tomar mais cuidado. Isso por que a força não é constante, já que a superfície é vertical. Pra isso vamos dividir a superfície em vários retângulos de base e altura , então cada retângulo desses terá uma área . A força em cada partezinha será dada como:
Como é a área de uma retângulo de base e altura :
Então temos que:
Dessa forma, a pressão na base da face B será igual a:
E no topo da base B:
Repare que, conforme aumentamos a altura, menor será a pressão. Então, ao longo da base B a pressão em um ponto a uma altura da base é dada como:
Dessa forma:
Passo 3
Belezoca, agora como temos apenas uma força , para encontrarmos a força total exercida, vamos integrar a força de até , assim:
Resolvendo a integral, obtemos que:
Colocando em evidência:
Substituindo os valores:
Resposta
(b)